JP2005085290A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ピックアップにおけるフォーカスサーボの焦点補正距離及び加速度を大きくし、フォーカスサーボ性能の改善を図る。
【解決手段】 光ピックアップを支持する回動アームとして、集積光ピックアップユニットを保持した光ピックアップベースプレートと平行に支持バネとサスペンションを設けた構造を採用する。そして、集積光ピックアップユニットに光ピックアップから出射されたレーザ光の発散角を広げるための凹レンズを設け、支持バネに凹レンズからの光を平行光に変えるコリメータレンズを設け、さらに、サスペンションに対物レンズを組み込んだ浮上スライダを設ける。この構造により、コリメータレンズを自在に変位させることができる構造となり、フォーカスサーボの焦点補正距離及び加速度を大きくできる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、各種光ディスクに対する情報信号の記録や再生を行なうための光ピックアップを搭載した光ディスク装置に関する。

近年、光ディスクドライブの薄型化が進んでおり、現状では、１０ｍｍ厚程度のものが商品化されている。光ディスクドライブの薄型化を図る上で最大の障害となるのは、キーデバイスである光ピックアップの厚みである。
したがって、この光ピックアップを薄型化することが、より薄い光ディスクドライブを作成するための鍵となる。最近では、より薄い、例えば５ｍｍ厚の光ディスクドライブを実現するために、新しい構造の光ピックアップが提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。

図１７は従来の光ピックアップの一例を示す断面図である。
図示の例は、バイモルフ型圧電素子１１１１を含むロードビーム１１１０によって支持した浮上スライダ１１２０内に全ての光学系を集積化し、全ての１パッケージにした例である。浮上スライダ１１２０は、外周に積層型圧電素子１１２１を設けたものであり、その内部に集積光学系（集積ＯＰ）１１２２やレーザ受発光ユニット１１２３等を配置し、さらに上部に光ディスク１１３０と対向する対物レンズ１１２４を配置したものである。
この浮上スライダ１１２０では、積層型圧電素子１１２１によって集積ＯＰ１１２２と対物レンズ１１２４との間の距離を変化させて、フォーカスサーボをとっている。また、ロードビーム１１１０に設けられたバイモルフ型圧電素子１１１１により、浮上スライダ１１２０に与えるロード圧をコントロールすることにより、浮上スライダ１１２０の浮上量を変化させて、フォーカスサーボを行なうこともできる。

また、図１８は従来の光ピックアップの他の例を示す断面図である。
図示の例は、光ピックアップ本体１２６０の上方にサスペンション１２６１によって浮上スライダ１２４０を配置し、この浮上スライダ１２４０に設けた対物レンズ１２４１をＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）アクチュエータ１２５０により駆動し、光ディスク１２７０に対するフォーカスサーボを行なう例である。
特開２００１−２９７４５７号公報 特開２００２−００８２６０号公報 特開２００３−１４１７６５号公報

しかしながら、上述した従来の光ピックアップでは、いずれも性能面でフォーカスサーボに問題がある。具体的には、フォーカスサーボの焦点移動距離が小さい、あるいは、加速度がでないといったことである。また、その他にも実用面で、駆動電圧に高電圧を必要としたり、高コスト等の問題もある。
例えば図１７に示した例では、焦点の可動ストロークが小さいという問題がある。一般に積層型圧電素子１１２１のストロークは、スライダ１１２０のような薄い部分に使用する場合、大きくても２〜３μｍ以下程度である。また、ロードビーム１１１０によるフォーカスサーボも、浮上量で限界がくるので、±１μｍ以下程度と思われる。また、圧電素子を駆動するためには、３０〜１００Ｖ程度の大きな電圧を必要とする。しかし、光ディスクドライブは、通常、１２Ｖあるいは５Ｖ駆動が一般的であるので、それ専用のＤＣ−ＤＣコンバータを設けなければならない。さらに、圧電素子自体のコストも高い。

また、図１８に示した例では、一般にＭＥＭＳアクチュエータ１２５０は駆動力が弱いので、対物レンズ１２４１を駆動する時の加速度がでない。また、対物レンズ１２４１の可動ストロークもとれない。同じく、焦点ずれの補正量は２〜３μｍ以下程度である。また、加速度が出ないため高帯域のフォーカスサーボを行なうことができない。さらに、ＭＥＭＳはアクチュエータの駆動力としては、未だに高コストである。

そこで本発明は、上述したフォーカスサーボ性能の改善を実現しつつ、薄型化を図ることが可能な光ピックアップを有する光ディスク装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる光ディスク装置は、光ディスクに対して光ビームによる信号の記録または再生を行なう光ピックアップと、前記光ピックアップを支持した回転アームユニットとを有し、前記回転アームユニットは、半導体レーザと光学系を含む集積光ピックアップユニットを保持した光ピックアップベースプレートと、前記光ピックアップベースプレートの光ディスク側の面に沿って平行に配置される板状の支持バネと、前記支持バネの光ディスク側の面に沿って平行に配置されるサスペンションとを有し、前記集積光ピックアップユニットに、光ピックアップから出射されたレーザ光の発散角を広げるための凹レンズを設け、前記支持バネに凹レンズからの光を平行光に変えるコリメータレンズを設け、さらに、前記サスペンションに対物レンズを組み込んだ浮上スライダを設けたことを特徴とする。

本発明にかかる光ディスク装置によれば、集積光ピックアップユニットを保持した光ピックアップベースプレートと平行に支持バネとサスペンションを設け、集積光ピックアップユニットに光ピックアップから出射されたレーザ光の発散角を広げるための凹レンズを設け、支持バネに凹レンズからの光を平行光に変えるコリメータレンズを設け、さらに、サスペンションに対物レンズを組み込んだ浮上スライダを設けたことにより、コリメータレンズを自在に変位させることができる構造となり、フォーカスサーボの焦点補正距離及び加速度を大きくでき、さらに簡単な構成で部品点数の減少やコストダウンを図ることも可能となる。

本例の光ディスク装置は、光ピックアップを支持する回動アームが、鉄合金または銅合金の薄い板材よりなる光ピックアップベースプレートを有するとともに、この光ピックアップベースプレートに設けた孔を、両側からシリコン基板とカバーガラスにより塞いで密閉された空間を形成し、この空間内にシリコン基板上に集積した半導体レーザと光学系を含む集積光ピックアップユニットを配置した。このような構造により、光ピックアップの薄型化、放熱性の向上、部品点数の減少、コストダウンを図ることができる。また、このカバーガラスがレンズ等の光学部品としての機能を有する場合に、鍍金厚を変えることにより、板材の厚みを調整し、光学部品の位置調整として機能させる。これにより、光学精度の確保できる。また、鍍金は銅鍍金やハンダ鍍金等のハンダがつく鍍金を使用する。これにより、各部品をハンダで固定でき、熱による位置ずれ防止を図ることができ、各部品とのアースがとれ、高い固着強度を得ることができる。

また、本例の光ディスク装置では、光ピックアップを支持する回動アームにおいて、その回動アームの回動中心の径方向の軸から傾きをもって配置した。これにより、アジマス角発生によるサーボエラー信号に振幅劣化を軽減できる。また、ここで回動アームの傾き角度を光ディスク上の光ピックアップ、アクセスエリアのほぼ中央でアジマス角が０度となる角度に設定することにより、アジマス角発生によるサーボエラー信号に振幅劣化を最小限にできる。さらに、アジマス角が変化してもトラッキングエラー信号の振幅が一定となる補償器を有するとともに、アジマス角が変化してもフォーカスエラー信号の振幅が一定となる補償器を有する。これらにより、アジマス角が発生してもトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号の振幅を一定にできる。

また、本例の光ディスク装置は、上述のように回動アームの光ピックアップベースプレートに搭載された集積光ピックアップユニットに、この光ピックアップユニットから出射されたレーザ光の発散角を広げるための凹レンズを設け、光ピックアップベースプレートと平行に配置される板バネに凹レンズからの光を平行光に変えるコリメータレンズを設け、さらに、板バネと平行に配置されるサスペンションに対物レンズを組み込んだ浮上スライダを設け、上述したコリメータレンズを設けた板バネを駆動する駆動コイルと磁気回路からなるコリメータレンズアクチュエータを設けた。このような構成により、コリメータレンズを自在に変位させることができ、フォーカスサーボの焦点補正距離及び加速度を大きくできる。そして、コリメータレンズアクチュエータのロードビームのリブ部（曲げ部）の高さを、そのロードビームから光ピックアップベースプレート間に存在する光学部品の合計の厚みより高くすることにより、ストッパとして機能させることができ、光学部品の保護を図ることができる。
また、上述した浮上スライダを支持したサスペンションにコリメータレンズアクチュエータ用の磁気回路を通す孔を設ける。これにより、コリメータアクチュエータの加速度を向上でき、位置による推力変化を少なくすることができる。

また、集積光ピックアップユニットと電気的な接続を行なうフレキシブル基板において、動作に必要な信号と調整にのみ必要な信号とを分けて、パターンの引き出しを行なう。ここで集積光ピックアップユニットの調整固着後、調整のみに必要な信号のパターンを切り取る。これにより、光ピックアップから引き出す信号線を最小にすることができる。
また、対物レンズ付き浮上スライダ用のサスペンションにおいて、浮上スライダをサスペンションに固着する際に、浮上スライダ貼り付け面と逆側から接着剤を塗布することが可能な孔を設ける。これにより、接着剤が光路を妨害する危険性を排除でき、組み立て作業性の改善を図ることができる。
また、対物レンズ付き浮上スライダを中心に対称の各２本×２方向のねじれヒンジ部により、スライダのロール、ピッチ方向の動きを吸収するフレクチュアを設け、スライダ接着部とヒンジ部中間リングの隙間に光ピックアップからの光を通す構造とする。これにより、フレクチュアのメカ共振性能を向上できるとともに、サスペンションを通過する光路の確保にも有効で、さらに対物レンズ位置の変更にも対応可能となる。

また、対物レンズ付き浮上スライダが固着されたサスペンションと、コリメータレンズが固着されたコリメータレンズアクチュエータ用板バネと、集積光ピックアップユニットが固着された鉄合金または銅合金の板材は、鉄合金または銅合金といったような同じ種類の材料を使用する。これにより、熱膨張係数の違いによる光学部品の位置ずれを防止できる。
また、対物レンズ付き浮上スライダを設けたサスペンションと、コリメータレンズを設けた板バネをカシメまたは溶接により固着し、それらのアセンブリ後、そのアセンブリ部品を集積光ピックアップユニットが設けられたベースプレートにハンダにて固着する。これにより、最終的なハンダによる固着熱に耐えることができ、アセンブリ部品の接合手段の機能を得ることができる。
また、対物レンズ付き浮上スライダにおいて、マウント部に２箇所のＶ字型切り欠き部を設けることにより、調整用のクランプ部を得ることができる。

図１は本発明の実施例１による光ディスクドライブ（光ディスク装置）の全体構成を示す斜視図である。図示の光ピックアップは、８５．６ｍｍ（長さ）×５４ｍｍ（幅）×５ｍｍ（厚さ）のサイズ（例えば、ＰＣＭＣＩＡのタイプ２サイズ）の光ディスクを交換可能な光ディスクドライブの例であり、トップカバー１２を外した状態を示している。
光ディスク１は、孔の開いた円盤状の鉄片が中央に接着されており、その鉄片によってスピンドルモータ軸との位置合わせや磁力による吸着を行なう。光ディスク１は、通常、カートリッジ２の内部に収められた状態で保管及び使用される。カートリッジ２の下面には、開閉可能はシャッタが取り付けられており、ドライブ内部にローディングされる際に、そのシャッタは開かれ、その開口部を通じて光ピックアップ８が情報の読み書きを行なう。光ディスク１は、図の矢印ａの方向からドライブ内に挿入され、スピンドルモータ３に磁力でチャッキングされる。そして、スピンドルモータ３により回転し、使用される。

スピンドルモータ３はシャーシ４に固定されている。ベアアリング軸６はシャーシ４に対して垂直にネジ止めされている。また、ベアリング軸６には、２つのベアリングが取り付けられており、ベアリングユニット３１を形成している。そのベアリングユニット３１を介して回転アームユニット５がベアリング軸６の回りに回動可能に取り付けられている。回動アームユニット５の一端にはコイルが取り付けられており、マグネットによる磁気回路７とともに、ボイスコイルモータを形成している。そのボイスコイルモータにより、回動アームユニット５は回転方向の駆動力を得ている。また、回動アームユニット５のもう一方の端は、本発明の実施例１による光ピックアップ８が形成されている。光ピックアップ８は回転アームユニット５が回動することにより、光ディスクの内外周にアクセスすることができる。
光ピックアップ８には、後述する浮上スライダが取り付けてあり、浮上スライダはサスペンションバネにより、常に図の上方にバネ力（５ｇｆ以下）が働き、ディスク面に対して押し付ける力が働いている。ディスクがドライブ内にない時やスピンドルモータ３が止まっている時は、光ピックアップ８は図１に示すようにディスク外周よりさらに外側に待避している。その際、光ピックアップ８のサスペンションは、バネ押え９により高さ方向の位置が規制されている。この光ピックアップ８の構成については、後に詳述する。光ピックアップ８は、シャーシ４の下面にある電気回路基板１１とフレキシブル基板１０とを介して電気的に接続されている。そのフレキシブル基板１０を通して、光ピックアップ８との信号の伝達やボイスコイルモータの駆動を行なっている。

図２は回動アームユニットの全体構成を示す斜視図である。また、図３及び図４は回動アームユニットを各構成ユニット毎に分解して示す斜視図であり、図３は上面方向から視た状態を示し、図４は下面方向から視た状態を示している。
光ピックアップは大きく分けて３つのユニットで構成されている。１つ目は光ピックアップベースプレート（以下、ＯＰベースプレートという）２２及び集積光ピックアップユニット（以下、集積ＯＰユニットという）１７を有するＯＰベース部であり、２つ目は支持バネ１９、駆動コイル２０、及びコリメータレンズ１５を有するコリメータレンズアクチュエータ部であり、３つ目は対物レンズ付きスライダ１３とサスペンション１８を有するスライダサスペンション部である。

ここで先に各構成ユニットの詳細について説明する。
図５はＯＰベース部の詳細を示す分解斜視図である。図示のように、このＯＰベース部は、ＯＰベースプレート２２に各部品が取り付けられることで構成される。
ＯＰベースプレート２２は鉄系または銅系の合金で形成された厚さ１ｍｍ以下の板金であり、銅メッキ（鉄系材料の場合）またはハンダメッキ等のハンダが良くつくメッキが施されている。これは後述するが、集積ＯＰユニット１７の固定、コリメータレンズアクチュエータ部との固定、マグネットヨークとの固定をハンダで行なうことによる。
また、これも後述するが、ＯＰベースプレート２２のメッキ厚をコントロールすることで、光学部品（集積ＯＰユニット１７と凹レンズ付きカバーガラス１６）の距離をミクロンオーダーで管理することが可能となるからである。

図５において、ＯＰベースプレート２２の図中右端の四角孔２２Ａに対し、凹レンズ付きカバーガラス１６と集積ＯＰユニット１７が各々上下から挟み込むように固着される。凹レンズ付きカバーガラス１６は、３ｍｍ（横）×４ｍｍ（縦）×０．３ｍｍ（厚さ）程度のガラス板で、ほぼ中央に後述する方法で作られた凹レンズ５３が作り込まれている。この実施例１において、凹レンズ５３は直径φ０．３ｍｍ程度である。

次に、図８にも示したが、集積ＯＰユニット１７とは、予めフォトディテクタ（ＰＤ）２９、３０や電気回路が形成されたシリコン基板上に、半導体レーザ２７、ビームスプリッタ（ＢＳ）２８が実装されたものである。この実施例１では、３ｍｍ（横）×４ｍｍ（縦）×０．３ｍｍ（厚さ）程度のシリコン基板上に作り込まれている。これは、ＣＤやＤＶＤの光ピックアップでも商品化されており、レーザカプラ等の名称で呼ばれているものと同類のものである。
なお、通常のレーザカプラは集積ＯＰユニット１７のまわりにセラミック等でできた外筐パッケージに囲まれている。そして、このような外筐パッケージは、使い勝手の良さ、及び保護の目的以外に、ゴミの混入を防いだり、パッケージ内に不活性ガスを封入することで、半導体レーザ２７の腐食を防ぐといった目的を持っているが、本例では、この外筐パッケージの役割をＯＰベースプレート２２に一部担わせている。
ＯＰベースプレート２２の四角孔２２Ａに凹レンズ付きカバーガラス１６と集積ＯＰユニット１７が上下から挟み込むことで、密閉された空間ができる。その空間に不活性ガスを封入することで、ゴミの混入と半導体レーザ２７の腐食も防止することができる。集積ＯＰユニット１７は、ハンダによりＯＰベースプレート２２に固着される。その後、不活性ガス中で凹レンズ付きカバーガラス１６を位置調整し、ＯＰベースプレート２２に接着固定する。その際、凹レンズ５３が集積ＯＰユニット１７から発光されるレーザ光の光軸に合うように調整される。

また、集積ＯＰユニット１７と凹レンズ５３は、その間の距離精度も重要で、光学系にもよるが、数μｍ〜１０μｍ程度の精度が要求される。この精度は、一般的な板金の板厚精度だけでは出せない値である。前述したように、ＯＰベースプレート２２にかけるメッキの厚さをコントロールすることで、この精度を実現している。
また、このＯＰベース部は、図中左端の孔４８を中心に回転駆動されて使用するものであるが、集積ＯＰユニット１７は、孔４８を中心とした径方向の軸から傾きをもって配置されている。これは後述するが、本例の光ピックアップは回動アームタイプのものであり、ディスクの内外周にアクセスすると、記録トラックに対してアジマス角が発生する。そして、アジマス角が発生すると、トラッキングエラー信号の感度が悪くなる。そこで、この悪化を最小限に抑えるために、アクセスエリアのほぼ中央でアジマス角が０度になるように、集積ＯＰユニット１７を角度をつけて配置してある。なお、本例で使用するレンズの製造方法と光学系については後述する。

集積ＯＰユニット１７にはフレキシブル基板２５が取り付けてある。このフレキシブル基板２５には、ランド部（導体露出部）が設けられており、シリコン基板の裏面に導かれた電気端子と直接圧着することにより、電気的な導通をとっている。集積ＯＰユニット１７はフレキシブル基板２５を通して電気回路１１と電気的な導通をとっている。
図５に示したように、フレキシブル基板２５は集積ＯＰユニット１７からの信号を２つに分けて引き出している。一方は光ピックアップ組み立ての際に光学的な位置調整にのみ使用する信号、もう一方は光ピックアップとして動作する際に必要な信号である。そして、図示のように、調整にしか使用しない線は調整後に切り取る。それにより、回動アームユニットを駆動する際に、不要なパターンの引き回しがなくなる。なお、フレキシブル基板１０の引き回しは、回動アームユニット５に不要なトルクを与えているので、それを軽減することができる。また、同じ幅の引き回しなら、信号の線幅を広くとれる。他にも余分な信号線を無くすことで、電気的に不要なノイズを拾わないというメリットもある。

ＯＰベースプレート２２には、後述するコリメータレンズアクチュエータ部の駆動用磁気回路も取り付けられている。コリメータレンズアクチュエータ部は位置調整して取り付けられるため、その位置調整が完了した後、駆動コイル２２の位置に合わせて、この磁気回路も調整固定する。磁気回路は、マグネット２４とマグネットヨーク２３により構成される。マグネット２４は表裏の２極着磁されており、マグネット２４から出た磁束は、空間ギャップを通過し、対向するマグネットヨーク２３を通って閉磁路を形成している。マグネットヨーク２３は磁性をもつ鉄材でできており、これもまた銅メッキまたはハンダメッキ等のハンダが良くつくメッキが施されている。ＯＰベースプレート２２との固定はハンダまたは接着で行なわれる。なお、接着固定の場合は、このような銅メッキやハンダメッキは不要である。ＯＰベースプレート２２には、絞り部５２があり、これもコリメータレンズアクチュエータ部との固定に使用する。

次に、図６に示すコリメータレンズアクチュエータ部について説明する。
まず、支持バネ１９は支持バネマウント部４７と支持バネロードビーム５４と、それらをつなぐ板バネ５５の３つの部品から構成されている。支持バネマウント部４７は、０．３ｍｍ以下程度の鉄系または銅系の板金で形成されている。ＯＰベースプレート２２とハンダ固定するための４つの爪部（折り曲げ部）４３をもっている。鉄系材料の場合は少なくとも爪部４３に銅メッキまたはハンダメッキが施されている。支持バネロードビーム５４も、０．３ｍｍ以下程度の鉄系または銅系の板金で形成されている。
板バネ５５は、０．１ｍｍ以下の薄い鉄系材料または銅系のバネ材よりなり、支持バネマウント部４７と支持バネロードビーム５４にポイント溶接で固着されている。支持バネロードビーム５４は板バネ５５を介して上下に動くことができる。また、支持バネロードビーム５４は、２つのリブ５６（曲げ部）が設けられている。このリブ５６は、光学部品の合計の厚みに対して高い位置に突出しており、支持バネロードビーム５４の剛性を確保するとともに、ＯＰベースプレート２２とリブ５６が衝突することにより、下方向の動きに対するストッパとしての機能を有する。このストッパ機能により、２つの光学部品（凹レンズ付きカバーガラス１６とコリメータレンズ１５）を衝突による破損から保護している。

支持バネロードビーム５４の先端部には、１／４波長板１４とコリメータレンズ１５が重ねて貼り付けてある。この実施例において、１／４波長板１４は、３ｍｍ（横）×３ｍｍ（縦）×０．１ｍｍ（厚さ）程度のサイズである。コリメータレンズ１５は、外形が３ｍｍ（横）×３ｍｍ（縦）×０．３ｍｍ（厚さ）程度で、ほぼ中央のレンズ部が直径φ０．５ｍｍ程度の大きさである。レンズ製造方法と光学部品の機能については後述する。
支持バネロードビーム５４には、駆動コイル２０が接着固定されており、ＯＰベースプレート２２に取り付けられた磁気回路と組み合わせて、ボイスコイルモータを形成する。このボイスコイルモータにより、支持バネロードビーム５４は上下に駆動することができる。必然的にコリメータレンズ１５を上下に動かすアクチュエータとして機能する。駆動コイル２０は、フレキシブル基板２１を介して電気回路基板１１と電気的につながっている。フレキシブル基板２１は駆動コイル２０だけでなく、回動アームユニット５の駆動用のコイルボビンユニット３２についても電気回路基板１１との導通を担っている。

次に、図７に示すスライダサスペンション部の構成について説明する。
このスライダサスペンション部は、サスペンション１８と対物レンズ付きスライダ１３で構成される。サスペンション１８は、サスペンションマウント部４５とサスペンションロードビーム６２と、それらをつなぐ板バネ６３の３つの部品によって構成されている。サスペンションマウント部４５は、０．３ｍｍ以下程度の鉄系または銅系の板金よりなる。そして、その中央には、図７中下方向に打ち出し（バーリング）が施されており、支持バネマウント部４７の孔４２とのカシメまたは溶接による固着に使用される。
また、サスペンションマウント部４５には、２箇所にＶ字形の切り欠き４６が設けられている。これはコリメータレンズアクチュエータ部とアセンブリした後、ＯＰベースプレート２２に調整固定する際、治具により両側からピンでクランプするためのものである。サスペンションロードビーム６２も０．３ｍｍ以下程度の鉄系または銅系の板金よりなる。板バネ６３は、０．１ｍｍ以下の薄い鉄系材料または銅系のバネ材からなり、サスペンションマウント部４５とサスペンションロードビーム６２にポイント溶接で固着されている。サスペンションロードビーム６２は板バネ６３を中心に上下に動くようになっている。この板バネ６３は、光ピックアップが使用状態の時、対物レンズ付き浮上スライダ１３がディスクに対して５ｇｆ以下程度の押し付け力が働くように、予め曲げ加工が施してある。

サスペンションロードビーム６２には対物レンズ付き浮上スライダ１３が接着固定されている。対物レンズ付き浮上スライダ１３は、その中心がちょうど接着孔５７と合うように図中上側より置かれ、裏面より接着孔５７に接着剤を流し込み、硬化させることで固着される。なお、接着孔がないと、２つの面同士の接着になり、接着剤がはみ出してしまう。そのはみ出した接着剤が対物レンズ付き浮上スライダ１３を透過する光路を妨げる恐れがある。そこで本例の場合、接着部が囲まれており、接着剤がはみ出すことがない。
対物レンズ付き浮上スライダ１３は、２．８ｍｍ（横）×２ｍｍ（縦）×０．６ｍｍ（厚さ）程度の大きさのガラス製で、図中上面には、ハードディスクドライブの浮上スライダと同様のエアベアリング用レール形状が形成されている。そのレール面とディスク表面間にエアベアリングを形成し、浮上スライダ（フライングヘッド）として機能する。本例では、ディスクの線速度にもよるが、０．１〜１μｍ程度の浮上量で飛ぶように設計されている。
対物レンズ付き浮上スライダ１３の内部には、後述する製造方法による対物レンズ６１が埋め込まれている。接着部５９の回りには、フレクチュアと呼ばれるスライダのロール方向とピッチ方向の傾きを吸収できるような２本のヒンジバネ（２方向ねじれヒンジ）６２Ａが形成されている。このヒンジバネ６２Ａはサスペンションロードビーム６２からエッチング及びハーフエッチング法により形成される。
光ピックアップとして機能する時、レーザ光は図中下側より入射され、このヒンジバネの隙間５８を通って対物レンズ６１に入射する。

本例において、対物レンズ付き浮上スライダ１３は、対物レンズの位置にもよるが、最大±２０度程度のスキュー角（ここではサスペンション長手方向とスライダ長手方向のなす角度であり、平行ならばスキュー角＝０度）をもって取り付けることも可能である。スキュー角をつけてもヒンジバネ６２Ａの隙間５８を通る光が接着部５９に干渉しないよう、ヒンジ部の形状を逃げ、接着部５９の外形を円形にしてある。
また、ヒンジバネ部の両脇に、ヒンジ部と同じようなハーフエッチング部６５を有する。これは外乱衝突等により、対物レンズ付き浮上スライダ１３が、図７で言うと下方向に力を受けた時に、ヒンジバネ部が塑性変形しないよう、対物レンズ付き浮上スライダ１３を止めるストッパとして機能する。

図１５は本例のヒンジバネを従来例と対比して示す平面図である。
従来例１は、ハードディスクドライブ等で一般的なヒンジバネ形状のもので、ヒンジバネ１３１０の端部をスライダ１３１１に接合した構造を有する。小型であるが、ヒンジバネを図中左側から片持ち構造で支持したことから、トラッキング方向のメカ共振が低い形状である。また、面同士の接着であるので、接着剤のはみ出しが光路を妨げる恐れもある。
また、従来例２はスライダ１３２１を中間リング部１３２０Ａを設けたヒンジバネ１３２０によって両側から左右対称構造で支持するものである。したがって、従来例１に比べてメカ共振を高くする設計であるが、スライダのサイズ次第ではヒンジバネが大きい分、ヒンジ部分（特に中間リング部）自体の剛性があまり上げられず、そこのメカ共振がサーボ性能を限定してしまうこともある。さらに、面同士の接着であり、かつ、光路の通る部分だけに孔が開いているタイプであるので、はみ出した接着剤によって光路を妨げる可能性の最も高い形状である。
最後に本例は、従来例２と同じ両側支持であり、かつ、ヒンジバネ６２Ａが小型に作られているので、３つの例のうち、メカ共振が最も高くとれる。また、接着剤のはみ出しで光路を妨げる心配もない。また、スキュー角をつけた取り付けも可能である。

次に、図７に戻って説明を続ける。
サスペンションロードビーム６２の先端には、リフタ部６４が設けられている。図１において、ディスク１がドライブ内にないときや、スピンドルモータ３が止まっている時は、光ピックアップ８はディスク外周よりさらに外側に待避していることは述べた。このリフタ部６４は、その際、バネ押さえ９により対物レンズ付き浮上スライダ１３をディスク面上から待避させたり、また、ディスク面上に降ろすことに使用される。他にサスペンションロードビーム６２には、中央に孔６０が開いている。これは図２を見ても分かるように、ＯＰベースプレート２２に取り付けてある磁気回路を逃げるための孔である。

次に、この孔６０の有無による効果について説明する。図１４は孔の有無による違いを示した断面図である。なお、便宜的に同一の符号を用いて説明する。マグネット２４とマグネットヨーク２３による磁気回路の縦の長さを長くする効果がある。前述したように、使用しない時は光ピックアップ８は、ディスク外周よりさらに外側に待避している。その時、スライダ部をディスク１から高さ方向に遠ざけるため、サスペンションロードビーム６２は図中の下方向へ押し下げられる。それゆえ孔無しの場合は、磁気回路の高さサスペンションロードビーム６２の上下動ストロークを逃げるだけの隙間を確保しなければならない。そのため駆動コイル２０に対して、十分な磁気回路の長さを確保することができない。
それに対して本例の孔ありロードビームの場合は、磁気回路がサスペンションロードビーム６２の上下動ストロークによる隙間を確保する必要がなく、駆動コイル２０に対して十分な長さの磁気回路を確保することができる。これにより、駆動コイル２０の推力を大きくすることが可能となり、かつ、コリメータレンズアクチュエータ部が上下動した時の推力変化を小さく抑えることができる。

以上で各構成ユニットの説明を終了し、続いて図３、図４に戻って全体の組み立て構成について再び説明する。
スライダサスペンション部とコリメータレンズアクチュエータ部は、サスペンションマウント部４５に設けられた打ち出し部４１を孔４２に挿入し、カシメまたは溶接によって固着されている。カシメまたは溶接前の打ち出し部４１の外径と孔４２の内径は、１０μｍ以下程度のはめあい隙間でできている。スライダサスペンション部とコリメータレンズアクチュエータ部は、アセンブリされた後、サスペンションマウント部４５の２箇所の切り欠き部４６でクランプされ、調整治具上でＸＹＺ軸及び傾き調整し、ＯＰベースプレート２２に固着される。ＯＰベースプレート２２との固着は、支持バネマウント部４７に設けられた爪部４３とＯＰベースプレート２２に設けられた凸部４４（各々４箇所ずつ）の隙間をハンダで埋めることにより行なう。また、ＯＰベースプレート２２の絞り部５２とサスペンションマウント部４５の打ち出し部４２の隙間も剛性を高めるためにハンダで埋める。ハンダで埋める方法は接着剤でも可能であるが、剛性を高める、温度による位置ずれの信頼性を確保する、アースをとる等の理由により、ハンダを採用している。
また、支持バネマウント部４７とＯＰベースプレート２２には予め銅メッキ、ハンダメッキ等のハンダが良く付くメッキ処理が施されている。スライダサスペンション部とコリメータレンズアクチュエータ部の固着方法は、このハンダ熱に耐えられなくてはならない。それがカシメまたは溶接を用いた理由である。

次に、本例で使用する小型レンズの製造方法について説明する。
図９は小型レンズの製造方法を示す断面図である。これはモールド・プロセス・レンズと呼ばれる既存技術である。
一般的なガラスモールドによるレンズの製造と同様に、上下の金型１００Ａ、１００Ｂによって板ガラス１１０を凹レンズ１１０Ａに成形する。従来は、小型のモールドレンズを作る際に、金型を加工するバイトの大きさに限界があり、小型化の制約を受けていた。しかし、ここでは金型を凸形状にすることで、金型加工でバイトの大きさの制約を受け難いので、小型レンズの製造が可能になっている。その成形ガラスの凹部を埋めるほどの厚さに、酸化ニオブ等のガラスより高屈折率の材料１２０をスパッタリングにより膜付けする。
その後、ガラスの凹部にのみ高屈折率材料１２０が残るまで研磨を行なう。その際、ガラス面側も研磨を行ない、ガラスの厚みも調整する。以上により作成された高屈折材料部分が、ガラス面を透過する光に対して凸レンズ１２０Ａとして機能する。コリメータレンズ１５は、このような方法で製造する。
対物レンズ付き浮上スライダ１３は同様にレンズを作った後、レンズの平坦面にガラスを貼り付ける。貼り付けたガラスの外面に、イオンミリング等のドライエッチング法により、浮上スライダとしてのレール面形状を作る。最後にスライダ形状に切り出すことで完成する。凹レンズ付きガラスプレートは、図９に示したプロセスで成形したガラスを用いる。

次に本例の光ピックアップの光学系について説明する。
図８は本例で用いる光学系の原理を示す説明図である。半導体レーザ２７から出射された直線偏光のレーザ光は、ビームスプリッタ２８の４５度面により図の上方に反射される。レーザ光は凹レンズ５３により発散角を拡大され、コリメータレンズ１５へと入射する。凹レンズ５３より発散角を大きくすることで、コリメータレンズ１５と凹レンズ付きガラスプレート１６の距離を短くでき、光ピックアップの薄型化に貢献している。
また、コリメータレンズの開口数を上げることができ、コリメータレンズ１５の上下動ストロークが同じ場合、より大きな焦点位置補正が可能となる。レーザ光はコリメータレンズ１５により平行光にされ、１／４波長板１７を通過する。その際、偏光が直線偏光から円偏光に変化する。そして、対物レンズ６１により集光され、ガラス製のスライダを透過し、ディスク１の記録面上で焦点を結ぶ。ディスク１の記録面から反射された光は、行と同様の光路を戻り、対物レンズ６１で再び平行光にされる。

その後、再度、１／４波長板１７を通り、今度は円偏光から直線偏光に戻される。その際、直線偏光は先程の行きの偏光方向とは直角方向の直線偏光に変わっており、ビームスプリッタ２８の４５度面を通過する偏光方向になっている。ビームスプリッタ２８の４５度面を通過した光は、ガラスの屈折率により屈折し、図８に示すように、フォトディテクタ（ＰＤ）２９上に投影される。また、その光は反射して、再度、ビームスプリッタ２８の上面で反射後、再びフォトディテクタ（ＰＤ）３０上に投影される。この光学系は、ディスクの記録面にちょうど焦点があった時に、ビームスプリッタ２８の上面反射で焦点を結ぶように設計されている。その時、２つのフォトディテクタ（ＰＤ）２９、３０上に投影される光のスポットは、同じ光量になる。各フォトディテクタ２９、３０の受光面は４つに分割されており、フォーカスやトラッキングの誤差検出にも使用できるようになっている。なお、本例で使用する誤差検出方法としては、フォーカスがスポットサイズ法、トラッキングがプッシュプル法を用いるものとする。

次に本例の光ピックアップのトラッキングサーボとフォーカスサーボについて説明する。
まず、トラッキングサーボは、回動アームをボイスコイルモータにより駆動する方式を用いる。これはハードディスクドライブでは広く一般的な駆動方法である。次に、フォーカスサーボは、ハードディスクドライブで一般的に使用されている浮上スライダによるディスク面振れ追従を行なっている。ディスク１が回転することにより、その付近の空気も同時に回転し、対物レンズ付き浮上スライダ１３とディスク１の間に入り込む。その空気の圧力で対物レンズ付き浮上スライダ１３は浮上力を得、サスペンション１８による荷重とちょうどつりあったところで、一定の浮上量を保つものである。本例では、０．１〜１μｍ程度の浮上量で設計されている。

しかし、ディスクの線速度の変化やスライダのトラックに対する角度ずれ、さらにはディスクの面振れ等により浮上量は変動してしまい、対物レンズにより絞られた焦点位置を変動させてしまう。対物レンズ自体の焦点位置精度やスライダ部のメカ精度も焦点位置をずらす要因となる。さらに、データ記録層は、ディスクの表面でなく、カバーコート層（保護膜層）に覆われている。よって、信号を記録／再生する場合、このカバーコート層の厚み誤差も焦点ずれを発生させる要因となる。
カバーコート層はデータ記録層の保護だけでなく、ディスク表面のゴミやキズに対して記録／再生エラーを発生させにくくする役割もあり、光ディスクには必須のものである。カバーコート層は本例の場合、２０μｍ程度の厚みでスピンコート法により作られる。ディスク径にもよるが、ディスクの内〜外周で５〜１０μｍ以下程度の厚みムラが生じる。一周内でも１μｍ以下程度の厚みムラが生じる。これら諸々の焦点誤差の合計がレーザスポットの焦点深度以内に収まっていれば、浮上スライダのみでフォーカスサーボを賄うことができるが、それは無理である（ＣＤの光学系の焦点深度でも±１μｍである）。したがって、それらを補正する別の手段が必要となり、それが本例のコリメータレンズアクチュエータである。

図１６は本例のコリメータレンズアクチュエータの原理を示す説明図である。
このコリメータレンズアクチュエータは、集積光ピックアップユニット１７に対してコリメータレンズ１５を光軸方向に動かすことで、対物レンズ６１により集光される焦点位置を動かすことが可能である。焦点位置の移動量は対物レンズ６１の開口数とコリメータレンズ１５の開口数による。本実施例の場合、対物レンズ６１の開口数が０．９程度、コリメータレンズ１５の開口数が０．３程度である。そこから計算すると、焦点位置を１μｍ動かすためには、コリメータレンズ１５の移動量は８μｍ程度、コリメータレンズ１５のストロークを±１６０μｍ確保できれば、焦点位置は±２０μｍ程度動かすことも可能である。

次に、図１７及び図１８に示した従来例と対比して本実施例の光ピックアップを説明する。
上述のように、図１７及び図１８に示す光ピックアップは、フォーカスサーボにおける焦点位置の可動ストロークが小さいという問題やコスト高であるという問題があったが、本例の光ピックアップは、フォーカスサーボがボイスコイルモータ駆動でありコストも安く、かつ焦点位置の可動ストロークも大きくとれ、さらに高帯域サーボにも適している。なお、ＤＶＤの規格では記録層が２層のディスクも定義されており、それらの２層間の距離は約２０μｍ程度ある。そして、従来例では、前述したように焦点位置の可動ストロークがせいぜい±３〜４μｍ以下であったが、本実施例では原理的に±２０μｍ以上も可能である。したがって、本例の光ピックアップが２層ディスクにも対応可能であることを意味している。

図１０は、フォトディテクタ２９、３０の受光領域パターンを示す説明図である。
図示のように、２つのフォトディテクタ２９、３０の受光領域はそれぞれ４分割されており、図示のようにＡ３３〜Ｈ４０まで定義する。フォトディテクタ２９、３０の中央にかかれている円形状は各フォトディテクタ上に投影された戻り光のスポットである。なお、図では円形にかかれているが、実際には楕円形状をしている。実際はフォトディテクタ２９上のスポットは横長楕円、フォトディテクタ３０上のスポットは縦長楕円形状である。また、円形のスポット内部に各２箇所ずつ、暗く影になっている場所がある。これはディスク上のピットによる１次回折光が０次回折光と干渉してできた影である。この影の有る無しでフォトディテクタ上の光量が変わり、信号を再生することができる。この影はトラッキングエラー信号の生成にも使用している。
図１０に示すようなパターンの場合、トラッキングエラー信号はプッシュプル法で行っており、（Ａ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｈ）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ）という式で計算される。ここではＡ〜Ｈの記号は、分割された各フォトディテクタの光量を意味している。ちなみにフォーカスエラー信号はスポットサイズ法を使用しており、計算式は（Ａ＋Ｄ＋Ｆ＋Ｇ）−（Ｂ＋Ｃ＋Ｅ＋Ｈ）で表される。

本例の光ピックアップは回動アームタイプなので、内周から外周にアクセスする際、記録トラックに対してアジマス角が発生する。アジマス角が発生した時のフォトディテクタ上のスポット形状の変化を図１１に示す。アジマス角が発生すると、前述した式で計算されるトラッキングエラー信号は、図１２に示すように振幅ＷがＷ０からＷ１に小さくなってしまう。アクセスする場所によりトラッキングエラーの振幅が小さくなるということは、トラッキングエラー信号の感度が小さくなるということである。さらに信号のＳ/ Ｎ(Signal/Noise)比も悪化させる。これはアジマス角がつけばつく程、トラッキングのサーボ性能が劣化することを意味する。
そこで本例では、内周から外周にアクセスした際、発生するアジマス角を最小にするため、アクセスエリアのほぼ中央（＝中周）でアジマス角が０度になるよう、集積ＯＰユニット１７を予め傾けて配置している。さらに、図１３に示したように、アジマス角が発生した時に、そのトラッキングエラー振幅の劣化を補うように補正フィルタの演算を入れている。補正フィルタは横軸がアジマス角、縦軸が振幅の倍率で表される。補正フィルターグラフは実測により求める。

補正フィルタの演算後は、トラッキングエラーの振幅がアジマス角によらず一定となるように作られている。発生するアジマス角と光ピックアップの位置（ディスク上の半径Ｒ）との関係は次の式で表される。

ここでＡとＸは設計上で予め決まった値である。また、Ｒはディスクより読み取ったアドレス信号から知ることができる。結果として、ディスクよりアドレス信号を読み取れば、トラッキングエラーの補正倍率が分かり、補正演算が可能になる。またフォーカスエラー信号についても、アジマス角による同様の信号劣化が生じるので、同じ手法で補正している。

本発明の実施例１に係る光ピックアップを搭載した光ディスクドライブの全体構成を示す斜視図である。 図１に示す光ピックアップにおける回動アームユニットの全体構成を示す斜視図である。 図２に示す回動アームユニットを各構成ユニット毎に分解して上方から視た状態を示す斜視図である。 図２に示す回動アームユニットを各構成ユニット毎に分解して下方から視た状態を示す斜視図である。 図１に示す光ピックアップにおけるＯＰベース部の詳細を示す分解斜視図である。 図１に示す光ピックアップにおけるコリメータレンズアクチュエータ部の構成を示す斜視図である。 図１に示す光ピックアップにおけるスライダサスペンション部の構成を示す斜視図である。 図１に示す光ピックアップで用いる光学系の原理を示す説明図である。 図１に示す光ピックアップで用いる小型レンズの製造方法を示す断面図である。 図１に示す光ピックアップで用いるフォトディテクタの受光領域パターンを示す説明図である。 アジマス角が発生した時の図１０に示すフォトディテクタ上のスポット形状の変化を示す説明図である。 アジマス角の発生によるトラッキングエラーの劣化を示す説明図である。 アジマス角の発生によるトラッキングエラーの劣化を補正フィルタによってキャンセルする場合の信号波形を示す説明図である。 サスペンションロードビームに設けた逃げ用の孔の有無による作用の違いを示す説明図である。 図１に示す光ピックアップで用いるヒンジバネを従来例と対比して示す平面図である。 図１に示す光ピックアップで用いるコリメータレンズアクチュエータの原理を示す説明図である。 従来の光ピックアップの一例を示す断面図である。 従来の光ピックアップの他の例を示す断面図である。

符号の説明

１……ディスク、２……カートリッジ、３……スピンドルモータ、４……シャーシ、５……回動アームユニット、６……ベアリング軸、７……磁気回路、８……光ピックアップ、９……ばね押え、１０……フレキシブル基板、１１……電気回路基板、１２……トップカバー、１３……対物レンズ付き浮上スライダ、１４……１／４波長板、１５……コリメータレンズ、１６……凹レンズ付きカバーガラス、１７……集積光ピックアップユニット、１８……サスペンション、１９……支持ばね、２０……駆動コイル。

Claims (14)

1. 光ディスクに対して光ビームによる信号の記録または再生を行なう光ピックアップと、
   前記光ピックアップを支持した回転アームユニットとを有し、
   前記回転アームユニットは、半導体レーザと光学系を含む集積光ピックアップユニットを保持した光ピックアップベースプレートと、前記光ピックアップベースプレートの光ディスク側の面に沿って平行に配置される板状の支持バネと、前記支持バネの光ディスク側の面に沿って平行に配置されるサスペンションとを有し、
   前記集積光ピックアップユニットに、光ピックアップから出射されたレーザ光の発散角を広げるための凹レンズを設け、前記支持バネに凹レンズからの光を平行光に変えるコリメータレンズを設け、さらに、前記サスペンションに対物レンズを組み込んだ浮上スライダを設けた、
   ことを特徴とする光ディスク装置。
2. 前記コリメータレンズを設けた支持バネを駆動するコリメータレンズアクチュエータを設けたことを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
3. 前記コリメータレンズアクチュエータは、駆動コイルと磁気回路とを含んで構成されることを特徴とする請求項２記載の光ディスク装置。
4. 前記コリメータレンズアクチュエータのロードビームに、前記ロードビームから光ピックアップベースプレートの間に存在する光学部品の合計の厚みより高く突出したストッパを設けたことを特徴とする請求項２記載の光ディスク装置。
5. 前記浮上スライダを支持したサスペンションにコリメータレンズアクチュエータ用の磁気回路を通す孔を設け、前記コリメータアクチュエータの加速度を向上したことを特徴とする請求項３記載の光ディスク装置。
6. 前記浮上スライダを支持したサスペンションに、浮上スライダをサスペンションに固着する際に、浮上スライダの貼り付け面と逆側から接着剤を塗布するための孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
7. 前記浮上スライダを中心とする対称構造で配置された２本の２方向ねじれヒンジ部により、浮上スライダのロール及びピッチ方向の動きを吸収するフレクチュアを設け、前記浮上スライダの接着部とヒンジ部との中間リングの隙間に前記光ピックアップからの光を通すようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
8. 前記浮上スライダを設けたサスペンションと、前記コリメータレンズを設けた支持バネと、前記集積光ピックアップユニットを設けた光ピックアップベースプレートが同じ種類の材料より形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
9. 前記材料が鉄合金または銅合金であることを特徴とする請求項８記載の光ディスク装置。
10. 前記浮上スライダを設けたサスペンションと前記コリメータレンズを設けた支持バネとがカシメまたは溶接によりアセンブリ部品として接合され、前記アセンブリ部品が前記集積光ピックアップユニットを設けた光ピックアップベースプレートにハンダによって接合されていることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
11. 前記浮上スライダは、前記サスペンションに固着されるマウント部に調整用のクランプ部となる複数の切り欠き部を有することを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
12. 前記回転アームユニットは、その回転中心から先端側にかけて所定の傾きをもって配置され、前記所定の角度が前記光ディスク上における光ピックアップアクセスエリアのほぼ中央でアジマス角が０度または０度に近い角度となるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
13. 前記アジマス角度の変化に対してトラッキングエラー信号の振幅が一定になるように補償する補償器を有することを特徴とする請求項１２記載の光ディスク装置。
14. 前記アジマス角度の変化に対してフォーカスエラー信号の振幅が一定になるように補償する補償器を有することを特徴とする請求項１２記載の光ディスク装置。
    

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