JP2005135485A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置内温度の上昇を抑制するとともに集光スポット特性の劣化を抑制することのできる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 光ピックアップ装置２０は、少なくとも光を出射する光源２１と、光源２１から出射された光を、光記録媒体２２の光透過保護層２３を介して情報記録面に集光する対物レンズ２４と、光記録媒体２２によって反射された反射光を受光する受光素子２５とを収容する筐体２６を有する。光ピックアップ装置２０が有する筐体２６には、一側面２７に吸気口２８が形成され、筐体２６の吸気口２８が形成される部位に筐体外の大気を筐体内へ吸気する吸気ファン２９が設けられ、さらに吸気ファン２９の筐体外方空間寄りにフィルタ３０が設けられる。好ましくは、フィルタ３０が透過を許容する粒子の寸法を１５μｍ以下に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光記録媒体に対して光を照射することによって、光記録媒体の情報記録面に情報を記録および／または光記録媒体の情報記録面に書込まれた情報を再生する光ピックアップ装置に関する。

近年、情報記録の分野においては、光学情報記録方式に関する研究および開発が進められている。この光学情報記録方式は、記録媒体に対して非接触で記録再生が行えること、また再生専用型、追記型、書換え可能型のメモリ形態にそれぞれ対応できること等、数々の利点を有するので、安価な大容量メディアを実現し得るものとして、産業用から民生用まで幅広い用途が考えられている。

光学情報記録方式を具現化する装置における最近の開発目標としては、コンパクトディスク（略称ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（略称ＤＶＤ）などの既にデファクトスタンダードとなった形状の光記録媒体（以後、ディスクと呼ぶことがある）において、単位面積当たりの情報記録容量を増大すること、また情報記録容量を減らすことなく（むしろ増やす方向に）ディスクおよびディスク再生装置の大きさを小さくすること、の２つが挙げられ、盛んに研究が行われている。

前述の２つの目標のうち、単位面積当たりの情報記憶容量を増やすための方策として、Ｂｌｕ−ｒａｙディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋ；以後、ＢＤと略称する）に代表されるように、青色半導体レーザ等の短波長光源と、開口数が０．８以上の対物レンズとを用いて、ディスク上の集光スポット径を小さくした光ピックアップの研究開発が盛んに行われている。

ＢＤは、従来のＣＤ、ＤＶＤに比べ波長が短く、開口数が大きいので集光スポット径を小さくできる。しかしながら、ＢＤでは、開口数の増加に伴うディスクのチルトマージン減少を補償するためにディスクの光透過保護層の厚さを０．１５ｍｍ以下と非常に薄くしているので、ディスク表面に粉塵が存在する場合、従来のＣＤ、ＤＶＤなどのディスクにおいては問題とならなかったような粉塵の集光スポットに及ぼす影響が無視できなくなる、という問題点が挙げられている。

また、青色半導体レーザ等の短波長光源は、従来のＣＤ、ＤＶＤなどの比較的波長の長い光源に比べて消費電力が大きいので、レーザ発熱量の増加につながる。光学情報記録方式における記録・再生の高速化の進展に伴い、レーザ消費電力の増加およびレーザ消費電力の増加に伴うレーザ駆動回路の発熱量の増加が生じるので、レーザおよび周辺回路の誤動作防止ならびに周辺光学系への熱的な悪影響を防止するために冷却機構が設けられている。

冷却機構の従来技術には、たとえば以下に挙げるような手法がある。図１０は、従来技術の冷却機構を備える光ディスク装置１の構成を示す図である。従来技術の光ディスク装置１では、装着された光ディスク媒体２を回転させる回転軸であるスピンドル３の周りに、スピンドル３とともに回転して送風するフィン４を設け、動作時における光ディスク装置１内の温度上昇を抑制する（特許文献１参照）。この従来技術の手法では、外気を直接光ディスク装置１内部に取込むことなく、装置内部にファンを設けて発熱部を冷却するので、外気とともに粉塵が装置内に侵入することがなく、粉塵が光ディスク媒体２上に付着して対物レンズおよび光ディスク媒体２に疵を付けることがない。

しかしながら、この従来技術の冷却機構では、次のような問題がある。従来技術の光ディスク装置１では、外気を導入することなく、装置内部の空気のみをフィン４で攪拌することによって、光ピックアップなどの高温部の熱を、装置内で相対的に温度の低い部分へ逃がしている。したがって、粉塵が装置内に侵入することがないという利点は有るけれども、外気との熱交換が行われないので、半導体レーザ、駆動回路などの熱源からの熱を放散しにくいという問題がある。

また図１１は、もう一つの従来技術の冷却機構を備える光ディスク装置５の構成を示す図である。もう一つの従来技術の光ディスク装置５では、装置のケース６にフィルタ１０を介して装置外部の空気を装置内部に取入れる冷却ファン７を設けるとともに、ケース６内に設けられる温度センサ８とスイッチング回路９とを接続し、温度センサ８の出力に応じて、すなわちケース６内の温度に応じて、スイッチング回路９によって冷却ファン７のｏｎ／ｏｆｆ切換えを行う（特許文献２参照）。このようなもう一つの従来技術の光ディスク装置５では、ケース６内部の空気温度が、規定温度以上で冷却の必要のあるときだけ冷却ファン７を稼働させるので、空気中の浮遊塵埃の吸込み量を減少し、フィルタ１０の目詰まりまたは塵埃の堆積などを最小限に抑制し、装置寿命の延命化を図っている。

しかしながら、もう一つの従来技術には、次のような問題がある。ケース６内部空間冷却のためにフィルタ１０を介して冷却ファン７によって導入される空気中には、フィルタ１０を透過した浮遊塵埃が含まれている。この塵埃は、たとえば光ディスク媒体１０などに付着することがある。光ディスク媒体に付着した塵埃の大きさは、集光スポットに対して多大な影響を及ぼし、またその影響の程度は、記録媒体として用いられるディスクの種類および情報の記録／再生に用いられる光の波長、また媒体に集光するための対物レンズの開口数によって左右される。集光スポットに対する影響を防止するためにフィルタの目を細かくし、極めて微細な塵埃しか透過しないように設定すると、フィルタ特性が強すぎて圧力損失が大きくなり、冷却ファンの冷却特性を損なうという問題がある。

したがって、ディスクの種類および光の波長に応じて、フィルタにより透過が許容される塵埃の大きさが適正に定められるべきであるにも関わらず、特許文献２には、単なるフィルタとして開示されるのみであり、ディスクの種類および光の波長に対応するフィルタの許容透過寸法については全く開示されていない。

またもう一つの従来技術の光ディスク装置５では、ケース６内の温度が所定値よりも上昇して冷却ファン７が回転して吸気している場合、ケース６内部空間からの空気の排出は、光ディスクカートリッジ１２が出入されるカートリッジ挿入口１３の蓋部材とケース６とのわずかな隙間から行われるに過ぎない。したがって、冷却ファン７による吸気が継続されるに伴い、ケース６内部空間の正圧が高まるに過ぎず、ケース６内部空間における空気の還流が円滑に行われず冷却能が低下するという問題がある。

特開２０００−１１３６６２号公報 特開平３−１２２８８６号公報

本発明の目的は、装置内温度の上昇を抑制するとともに集光スポット特性の劣化を抑制することのできる光ピックアップ装置を提供することである。

本発明は、光記録媒体に情報を記録および／または光記録媒体から情報を再生する光ピックアップ装置において、
光を出射する光源と、
光源から出射された光を、光記録媒体の光透過保護層を介して情報記録面に集光する対物レンズと、
光記録媒体によって反射された反射光を受光する受光素子と、
少なくとも光源、対物レンズおよび受光素子を収容する筐体であって、一側面に吸気口が形成される筐体と、
筐体の吸気口が形成される部位に設けられ、筐体外の大気を筐体内へ吸気する吸気ファンと、
吸気ファンの筐体外方空間寄りに設けられるフィルタとを含むことを特徴とする光ピックアップ装置である。

また本発明は、筐体には、吸気口が形成される一側面に対向する側面に筐体内の大気を筐体外へ排気する排気口が形成され、
筐体の排気口が形成される部位に設けられ、筐体の内部空間と筐体の外部空間とを開閉自在に連通／遮断する開閉手段をさらに含むことを特徴とする。

また本発明は、フィルタは、透過させる粒子の大きさが１５μｍ以下であることを特徴とする。

また本発明は、筐体の内部空間の温度を検出する温度検出手段と、
温度検出手段による検出出力に応答し、吸気ファンの回転動作および開閉手段の開閉動作を制御する制御手段とをさらに含むことを特徴とする。

また本発明は、対物レンズは、開口数が０．８以上であることを特徴とする。
また本発明は、対物レンズは、樹脂から成り、２枚の組みレンズによって構成されることを特徴とする。

また本発明は、光記録媒体の光透過保護層は、厚さが０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、光ピックアップ装置に備わり、少なくとも光源、対物レンズおよび受光素子を収容する筐体には、一側面に吸気口が形成され、吸気口部分には筐体外の大気を筐体内へ吸気する吸気ファンが設けられ、吸気ファンの筐体外方空間寄りにフィルタが設けられる。このような光ピックアップ装置では、吸気ファンによって外気を筐体内へ吸気することができるので、外気との熱交換を行って筐体内を効果的に冷却し、温度上昇を抑制することができる。またフィルタを介して外気を導入することによって、筐体内への塵埃の侵入を抑制することができるので、集光スポット特性の劣化を抑制することが可能である。

また本発明によれば、光ピックアップ装置の筐体には、吸気口に対向して排気口が形成され、該排気口部分には、筐体の内部空間と筐体の外部空間とを開閉自在に連通／遮断する開閉手段が設けられる。このことによって、吸気口部分に設けられる吸気ファンを回転させて外気を筐体内に導入するとき、開閉手段を開いて筐体内に導入された大気を排気口から排出することができるので、筐体内に導入された大気が筐体内を円滑に流通し、外気との熱交換が一層効果的に行われて、高い冷却能を発現することができる。

また本発明によれば、フィルタの透過粒子サイズを１５μｍ以下に規制することによって、高密度の情報記録／再生に対応可能な集光スポット特性を実現するとともに、過剰なフィルタ特性の発現による圧力損失を防止し、筐体内の温度上昇抑制を可能にする。

また本発明によれば、光ピックアップ装置は、筐体の内部空間の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段による検出出力に応答して、吸気ファンの回転動作および開閉手段の開閉動作を制御する制御手段とを含んで構成されるので、筐体内の温度が予め定める値以上であるときのみ吸気ファンを回転させることができる。このことによって、電力消費量を節減できるとともに、筐体内部へ不要に塵埃を吸引することを防止できる。

また本発明によれば、開口数が０．８以上であるような高密度の情報記録／再生に対応できる対物レンズを用いる場合にも、装置内温度の上昇と集光スポット特性の劣化とを抑制できる光ピックアップ装置が実現される。

また本発明によれば、装置内の温度上昇を効果的に抑制することができるので、屈折率の温度依存性がガラスよりも大きい樹脂から成る対物レンズを用いるにも関わらず、集光スポット特性の劣化を抑制し、高密度の情報記録／再生が可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また本発明によれば、光透過保護層の厚さが０．１５ｍｍ以下であるような高記録密度の光記録媒体に対する情報の記録／再生時においても、装置内温度の上昇と集光スポット特性の劣化とを抑制できる光ピックアップ装置が実現される。

図１は本発明の実施の第１形態である光ピックアップ装置２０の構成を簡略化して示す平面図であり、図２は図１に示す光ピックアップ装置２０に備わる光学系を示す系統図である。

光ピックアップ装置２０は、光を出射する光源２１と、光源２１から出射された光を、光記録媒体２２の光透過保護層２３を介して情報記録面に集光する対物レンズ２４と、光記録媒体２２によって反射された反射光を受光する受光素子２５と、少なくとも光源２１、対物レンズ２４および受光素子２５を収納する筐体２６であって、一側面２７に吸気口２８が形成される筐体２６と、筐体２６の吸気口２８が形成される部位に設けられ、筐体外の大気を筐体内へ吸気する吸気ファン２９と、吸気ファン２９の筐体外方空間寄りに設けられるフィルタ３０とを含んで構成される。この光ピックアップ装置２０は、光記録媒体２２に情報を記録および／または光記録媒体２２から情報を再生することに用いられる。

光ピックアップ装置２０に備わる光学系３１は、前述の光源２１、対物レンズ２４、受光素子２５のみではなく、詳細には以下のように構成される。光学系３１は、光源２１と対物レンズ２４との間の光路上に、光源２１からの出射光を略平行光にするコリメートレンズ３２、光源２１からの出射光を透過させ光記録媒体２２からの反射光を反射させる光分岐素子３３と、２枚組の第１球面収差補償レンズ３４ａと第２球面収差補償レンズ３４ｂとの離隔距離Ｌを調整することによって球面収差を補償する球面収差補償素子３４と、球面収差補償素子３４を透過した光の光路をほぼ９０度曲げて対物レンズ２４へと導く立上ミラー３５と、さらに光記録媒体２２によって反射された反射光が、対物レンズ２４および球面収差補償素子３４を再び透過した後、光分岐素子３３によって反射されて受光素子２５へ入射する光路上において、光分岐素子３３と受光素子２５との間に設けられるスポットレンズ３６と、円柱レンズ３７と、カバーガラス３８とを含んで構成される。

本実施の形態では、光源２１には、たとえば波長４０５ｎｍの青色レーザを出射する半導体レーザが用いられる。このような短波長のレーザ光を用いることによって、集光スポット径を小さくすることができる。

光分岐素子３３は、たとえば偏光ビームスプリッタによって実現され、前述のように光源２１からの出射光を透過させ光記録媒体２２からの反射光を反射させる。球面収差補償素子３４は、光記録媒体２２の光透過保護層２３の厚み誤差に起因する球面収差を補正するために設けられるものであり、本実施の形態では、第１球面収差補償レンズ３４ａと第２球面収差補償レンズ３４ｂとによって構成されるけれども、これに限定されることなく、液晶駆動素子が用いられる構成であってもよい。

対物レンズ２４は、樹脂素材、たとえばメタクリル樹脂［poly(methyl
methacrylate)；略称ＰＭＭＡ］から成る第１対物レンズ３９と第２対物レンズ４０との２枚の組みレンズによって構成され、その開口数（Numerical Aperture；略称ＮＡ）が、０．８以上である。また情報の記録／再生に用いられる光記録媒体２２は、光透過保護層２３の厚さが、０．１５ｍｍ以下である。

このように、本実施の形態の光ピックアップ装置２０は、短波長の青色レーザ光を出射する半導体レーザ２１とＮＡが０．８以上の対物レンズ２４とを用いることによって、光記録媒体２２の情報記録面への集光スポット径を小さくし、高密度で情報の記録／再生を行うことのできるＢＤについて例示する。

一般的に光ピックアップにおいて対物レンズで集光されるビームスポット径ｄは、光強度分布において最高強度の１／ｅ^２（ｅは自然対数の底）までを対象スポット径とすると、レーザ光の波長（λ）とＮＡとを用いる式（１）によって与えられる。したがって、本実施の形態の光ピックアップ装置２０では、対物レンズ２４のＮＡを０．８以上とすることによって、集光スポット径ｄは、青色レーザ光の波長（λ＝４０５ｎｍ）とほぼ等しい大きさにすることができる。この集光スポット径ｄは、たとえばＤＶＤの記録／再生に用いられる波長６５０ｎｍの赤色光、０．６レベルのＮＡを有する対物レンズによる集光スポット径に比較すると、１／２以下の小さいサイズである。
ｄ≒０．８２×λ／ＮＡ …（１）

なお光ピックアップ装置２０には、コリメートレンズ３２と光分岐素子３３との間にビーム整形のためのビーム整形素子、偏光方向調整のための１／２波長板などが設けられる構成であってもよく、また、光分岐素子３３と対物レンズ２４との間に直線偏光を円偏光に変換するための１／４波長板が設けられる構成であってもよい。

光ピックアップ装置２０の光学系３１では、半導体レーザ２１からの出射光がコリメートレンズ３２によって平行光束化され、光分岐素子３３および球面収差補償素子３４を透過し、立上ミラー３５によって光路を曲げられ、２枚組の対物レンズ２４によって光記録媒体２２に集光される。さらに光記録媒体２２からの反射光は入射光と逆の光路を辿った後、光分岐素子３３によって反射され、スポットレンズ３６で集光され、円柱レンズ３７およびカバーガラス３８を透過し、同一平面上に多分割の受光部を有する受光素子２５に照射されて、記録信号およびサーボ信号が検出される。このような光学系３１が、光ピックアップ装置２０に装着される。

光学系３１は、たとえばアルミニウム合金製のハウジング４１内に収容されるとともに装着される。ハウジング４１は、筐体２６内に互いに平行になるように設けられる一対のガイドシャフト４２ａ，４２ｂに摺動可能に装着され、光ピックアップ装置２０に装着された状態の光記録媒体２２の半径方向である矢符４３方向に移動可能である。なお、ハウジング４１の矢符４３方向の移動は、図示を省略する電動機等の駆動手段によって行われる。

また光ピックアップ装置２０に装着された光記録媒体２２は、筐体２６内に設けられるスピンドルモータ４４によって回転される。スピンドルモータ４４によって回転される光記録媒体２２に対して、ハウジング４１が矢符４３方向に移動し、光記録媒体２２の所定の位置においてハウジング４１内に収容される光学系３１から集光照射して情報の記録／再生を行う。光源２１である半導体レーザは、自動パワー制御装置（略称ＡＰＣ）および記録ストラテジーなどを備えるレーザ駆動回路４５によって、動作制御される。

光学系３１が収容されるハウジング４１、レーザ駆動回路４５、スピンドルモータ４４等は、筐体２６内に設けられる。筐体２６は、たとえばアルミニウム製の箱型容器部材である。

前述のように筐体２６には、一側面２７に吸気口２８が形成される。吸気口２８は、筐体２６の一側面２７において、レーザ駆動回路４５とハウジング４１に収容される光学系３１とを臨む位置に形成される。筐体２６の一側面２７における吸気口２８が形成される部位には、ファン保持部材４６を介して吸気ファン２９が装着される。吸気ファン２９の筐体２６の外方空間寄りには、フィルタ３０が設けられる。このような構成とすることによって、吸気ファン２９を回転させ、フィルタ３０を通して、筐体２６の外方空間の大気を、筐体２６の内方空間４７へ導入し、筐体２６内部を冷却することができる。

本実施の形態では、フィルタ３０は、透過させる粒子の大きさ、たとえば粉塵粒径が１５μｍ以下になるように選定される。このような粉塵粒径を１５μｍ以下に抑えるためのフィルタとしては、特に限定されることなく公知のものを用いることができる。フィルタ３０の一例を挙げると、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０９に規定されるＳＵＳ３０４などのステンレス鋼線を、１５μｍの粉塵粒径に対応する開口が形成されるメッシュ状に加工したステンレスメッシュフィルタがある。このステンレスメッシュフィルタは、フィルタの目詰まりなどに対する耐久性に優れ、また、ユーザーが容易に洗浄・再生することができるので寿命特性においても優れ、フィルタ３０として好適である。なお、透過させる粒子の大きさを１５μｍ以下にした限定理由については、後述する。

光ピックアップ装置２０を記録または再生に動作させるとき、高密度で情報を記録または再生することができるけれども、光源２１である半導体レーザ、レーザ駆動回路４５からの発熱が、ＣＤ、ＤＶＤなどの記録／再生装置に比べて大きくなる。発熱による温度上昇は、半導体レーザの出力すなわち駆動電流値等によって異なるけれども、たとえば、真夏の高温環境を想定した室温３５〜４０℃において、光記録媒体２２に対する記録動作を連続して行った場合、装置内の温度が最高で６５〜７５℃程度まで上昇する。

このような温度上昇は、装置内のレーザ駆動回路４５およびその他の回路系に熱ノイズなどの悪影響を与えるとともに、レンズを含む光学系３１に悪影響を及ぼす。特に、対物レンズ２４は、樹脂素材から成り２枚組みで構成されるので、温度上昇の影響を大きく受ける。すなわち、対物レンズ２４の温度が上昇することによって素材の屈折率が変化するので、第１および第２対物レンズ３９，４０の焦点距離が変化し、この焦点距離の変化に起因する球面収差が発生する。

図３は、ＰＭＭＡ製対物レンズにおいて温度変化が生じた場合の球面収差発生の状態を示す図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、ＰＭＭＡ製対物レンズにおいて、温度が２２℃、４７．３℃、７２．５℃での球面収差発生の状態をそれぞれ示す。温度上昇に伴って同心円状の球面収差が増加する様子が確認される。

次に、ＰＭＭＡおよびガラスをそれぞれ素材とする２枚組みの対物レンズについて、球面収差に起因する収差ｒｍｓを光学シミュレーションにより求めた。光学シミュレーションには、波動光学に基づく市販の光学シミュレーションソフト（Ｚｅｍａｘ：商品名、
focus software社製）を用いた。対物レンズは、入射側から順に第１対物レンズ（ＯＬ１）、第２対物レンズ（ＯＬ２）とし、シミュレーションに用いたレンズの非球面多項式および屈折率の温度依存性を、次の式（２）および式（３）に示す。式（２）の非球面多項式におけるＺはレンズ面変位、Ｒはレンズ中心からの距離を表す。なお、非球面多項式（２）における非球面係数を表１に示すけれども、便宜上１２次以上（係数Ｅの項以降）の非球面係数および非球面係数の有効桁４桁目以降については記載していない。また、屈折率の温度依存式（３）におけるαは、屈折率の温度依存係数であり、ＰＭＭＡについては、１．１×１０^−４／℃を用い、ガラスについては２×１０^−６／℃を用いた。
Ｚ＝(Ｘ^２／Ｒ)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)・Ｘ^２／Ｒ^２}]＋ＡＸ^４＋ＢＸ^６＋ＣＸ^８
＋ＤＸ^１０＋ＥＸ^１２＋ＦＸ^１４＋ＧＸ^１６・・ …（２）
温度依存屈折率＝室温（２０℃）における屈折率−α×温度上昇（℃）…（３）

図４は、ＰＭＭＡおよびガラスをそれぞれ素材とする２枚組みの対物レンズについて球面収差に起因する収差をシミュレーションした結果を示す図である。図４中、正方形で表すデータを結ぶライン４８がＰＭＭＡ製対物レンズのシミュレーション結果を表し、ひし形で表すデータを結ぶライン４９がガラス製対物レンズのシミュレーション結果を表す。対物レンズのおかれる環境温度の上昇に伴って収差ｒｍｓが、増加する様子が判る。また、ガラスに比較して屈折率の温度依存係数αが２桁程度大きいＰＭＭＡ製対物レンズの方が、環境温度の上昇に伴う収差ｒｍｓ増大の傾向が顕著である。したがって、光ピックアップ装置２０に設けられる吸気ファン２９による筐体２６の内部空間４７を冷却する効果は、対物レンズ２４が、屈折率の温度依存係数αの大きい樹脂製の２枚組みレンズから成る場合に一層顕著に発現される。

また光ピックアップ装置２０において、集光スポットを高密度で記録／再生するために充分な大きさに絞るためには、シミュレーション結果に示す収差ｒｍｓを、図４中の点線５０で示す３５ｍλ以下に抑えることが望ましい。しかしながら、図４に示すように、ＰＭＭＡ製対物レンズでは、温度が５０℃を超えると、収差ｒｍｓが３５ｍλを超えて集光スポットを充分絞ることができなくなる。

たとえば真夏の高温環境（室温３５〜４０℃）の場合、筐体内にファンを設けて回転させ、筐体内で内部空気を循環させるだけでは、限界温度である５０℃まで温度マージンが１０℃程度しかないので、充分な冷却効果を得ることができず集光スポット特性が劣化する。しかしながら、本実施の形態の光ピックアップ装置２０のように、筐体２６に吸気口２８を形成し、吸気口２８部分に吸気ファン２９を設け、外気を筐体２６の内部に導入することによって、外気との熱交換を強制的に行うことができるので、高温環境においても筐体２６内温度の上昇を最小限に抑え、集光スポット特性の劣化を最小限に抑えることが可能になる。

本実施の形態のように、短波長の青色半導体レーザ光源２１を用い、ＮＡが０．８以上の対物レンズ２４を用いて集光スポット径を小さくした光ピックアップ装置２０の場合、記録／再生に用いられる光記録媒体２２には、ＮＡの増加に伴うチルトマージン減少を補償するために、光透過保護層２３の厚さが０．１５ｍｍ以下と非常に薄くしたものが用いられる。

このような光透過保護層２３の厚さが薄い光記録媒体２２では、光記録媒体２２の表面すなわち光透過保護層２３の表面に粉塵が付着した場合、光透過保護層の厚さが０．１５ｍｍよりも大きいＣＤおよびＤＶＤと比較して、粉塵が集光スポット特性に及ぼす影響が無視できなくなる。図５は、光記録媒体２２の表面に存在する粉塵５１を介して集光する状態を示す模式図である。

光透過保護層２３の厚さが０．１５ｍｍと極めて薄い光記録媒体２２では、光透過保護層２３の表面に粉塵が存在する場合、集光ビームのうち粉塵５１の存在する部位で粉塵５１によって遮光されると、情報記録面５２上におけるビーム径に対する粉塵径が相対的に大きいため、光透過保護層２３の表面に入射する光量に対する情報記録面５２に達する光量の比、すなわち透過率が大きく減少する。

一方、光透過保護層の厚さが厚いＣＤおよびＤＶＤでは、光透過保護層の表面に粉塵が存在する場合、集光ビームは、粉塵の存在する部位では粉塵によって遮光されるけれども、情報記録面５２上におけるビーム径に対する粉塵径が相対的に小さいため、透過率が大きく減少することはない。

したがって、光ピックアップ装置２０では、フィルタ３０によって透過率に影響を及ぼす大きさの粉塵を除去するべく、フィルタ３０のフィルタ特性を増加（より粒径の小さい粉塵を捕捉）することが期待されるけれども、逆に、フィルタ特性を増加させるとフィルタ３０における圧力損失が増加し、吸気ファン２９による冷却性能が低下するので、透過率を損なわない限界の粒径の粉塵を除去できるように設定する必要がある。

そこで、粉塵５１の粒径が透過率特性に及ぼす影響について光学シミュレーションを行った。なお、光学シミュレーションに用いた光学パラメータは前述と同様であり、対物レンズ２４に入射するビーム径Ｄ１を３．０ｍｍとし、粉塵５１の形状は円板状と仮定し、その粒径を円板の直径Ｐｄで代表した。

シミュレーション結果を図６に示す。図６は、ＢＤ上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率との関係を示す図である。図６中のひし形を結ぶライン５３が、ＢＤ（光記録媒体２２）上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率との関係をシミュレーションした結果を示す。ＢＤ上の粉塵の粒径Ｐｄが増加するのに伴い透過率が減少し、粒径Ｐｄが３５μｍになると透過率は約９０％にまで減少する。ＢＤ上に存在する粉塵による透過率損失は、ＢＤに対する入射光と、ＢＤの情報記録面５２からの反射光との両方で起こるので、ＢＤからの反射光である復路光のキャリア強度が最大で透過率の２乗に比例して減少することになる。

現在汎用されているＤＶＤなどの記録媒体においては、記録／再生時におけるキャリア強度に対するノイズ許容量は５％程度とされている。したがって、本実施の形態の光ピックアップ装置２０においても、前述のＤＶＤと同様に透過率の２乗で与えられるキャリア強度として９５％、すなわち透過率としては９７．５％以上を確保するためには、図６のシミュレーション結果から、粉塵粒径Ｐｄを１５μｍ以下に抑える必要がある。このことが、光ピックアップ装置２０におけるフィルタ３０による透過粒子の大きさを１５μｍ以下に限定する理由である。

このように、筐体２６の一側面２７に形成される吸気口２８形成部分に設けられる吸気ファン２９の外気側にフィルタ３０を設け、外気を筐体２６内部に導入する際、フィルタによって１５μｍを超える粒径の粉塵を除去し、１５μｍ以下の粉塵をスルーすることによって、集光スポット特性の劣化を最小限に抑えた状態で冷却特性を最大限に発揮することを可能にする。

なお、図７は、ＢＤ上およびＤＶＤ上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率との関係を比較して示す図である。図７には、ＤＶＤ上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率とのシミュレーションした結果を、図６に示したＢＤにおけるシミュレーション結果と比較して示す。図７中で正方形で表すデータを結ぶライン５４が、ＤＶＤ上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率との関係をシミュレーションした結果を示す。

図７のライン５４で示すように、ＤＶＤにおいては粉塵粒径が６０μｍであってもキャリア強度９５％を確保することができる。この６０μｍという粉塵粒径は、ＢＤにおいてキャリア強度９５％を確保するために許容される粉塵粒径である１５μｍに比較して４倍にも及ぶ。したがって、ＤＶＤまたＣＤなどの光記録媒体では、エンドユーザーが情報の記録／再生を行う際、通常の家庭内・オフィス内において大気中に露出した状態でも実行することが可能である。

しかしながら、ＢＤを例示する光ピックアップ装置２０では、対物レンズ２４のＮＡを大きくし、光透過保護層２３の厚さを薄くしているので、光記録媒体２２の表面における光照射面積が小さくなり、所望のキャリア強度を確保することのできる許容粉塵粒径が１５μｍ以下と小さくなる。したがって、大気中の粉塵について一層注意を払わなければならず、汎用されているＤＶＤおよびＣＤの記録／再生用光ピックアップ装置のように大きなごみを除去することを目的としたフィルタを設けるだけの冷却機構を流用するだけでは、充分なキャリア強度と冷却能ひいては集光スポット特性とを両立させることができない。本実施の形態の光ピックアップ装置２０のように、対物レンズ２４のＮＡを大きくし、光透過保護層２３の厚さを薄くするのに対応した許容粉塵粒径を透過限界とするフィルタ３０を設けることによって、初めて充分なキャリア強度と集光スポット特性とを両立させることが可能となる。

図８は、本発明の実施の第２形態である光ピックアップ装置６０の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態の光ピックアップ装置６０は、実施の第１形態の光ピックアップ装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。光ピックアップ装置６０において注目すべきは、筐体２６には、吸気口２８が形成される一側面２７に対向する側面６１（便宜上対向側面６１と呼ぶ）に、筐体２６内の大気を筐体２６外へ排気する排気口６２が形成され、筐体２６の排気口６２が形成される部位に、筐体２６の内部空間４７と筐体２６の外部空間とを開閉自在に連通／遮断する開閉手段６３と、開閉手段６３を開閉動作させるスイッチング回路６４とをさらに含むことである。

開閉手段６３は、排気口６２を塞ぐことのできるラック状の扉部材６５と、ピニオンおよびモータを備える扉駆動手段６６とを含んで構成される。扉駆動手段６６のピニオンがラック状の扉部材６５と噛合するので、扉駆動手段６６のモータの正逆回転に従い、扉部材６５は、対向側面６１の内壁に沿って矢符６７方向に進退自在であり、排気口６２を開閉することができる。

前述のスイッチング回路６４は、レーザ駆動回路４５にも電気的に接続される。スイッチング回路６４は、レーザ駆動回路４５をｏｎにするとき、同時に扉駆動手段６６を扉部材６５が排気口６２を開くように動作させる。一方、スイッチング回路６４は、レーザ駆動回路４５をｏｆｆにするとき、同時に扉駆動手段６６を扉部材６５が排気口６２を閉じるように動作させる。

このように筐体２６の対向側面６１に排気口６２を設けることによって、レーザ駆動回路４５の動作時に、筐体２６内を空気が通抜け可能となるので、さらなる冷却特性の向上効果を奏することができる。また通常のレーザ駆動回路４５動作時には、吸気口２８に設けたようなフィルタ３０を排気口６２については設ける必要がない。レーザ駆動回路４５が動作中は、吸気ファン２９による外気の導入によって筐体２６の内部が正圧になるので、粉塵が排気口６２から侵入することを防止できる。また、レーザ駆動回路４５が非動作時には、開閉手段６３によって排気口６２が閉じられるので、粉塵が排気口６２から侵入することを防止できる。

なお、対向側面６１における排気口６２の形成位置は、一側面２７に形成される吸気口２８に対向する位置であることが、空気の循環効率を高めて最も冷却効率を高めることが期待できるので好ましいけれども、光記録媒体２２の挿入位置との干渉など機構的制限のある場合には、対向側面６１の他の位置に形成されてもよい。

図９は、本発明の実施の第３形態である光ピックアップ装置７０の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態の光ピックアップ装置７０は、実施の第２形態の光ピックアップ装置６０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。光ピックアップ装置６０において注目すべきは、筐体２６の内部空間４７の温度を検出する温度検出手段７１と、温度検出手段７１による検出出力に応答し、吸気ファン２９の回転動作および開閉手段６３の開閉動作を制御する制御手段７２とをさらに含むことである。

温度検出手段７１は、筐体２６の内部空間４７の温度を検出し、検出結果を電気信号として出力できるものであれば公知のものを用いることができる。制御手段７２は、たとえばメモリと演算回路とを備える処理回路によって実現される。制御手段７２に備わるメモリには、吸気ファン２９の回転動作および開閉手段６３の排気口６２を開く動作の開始温度、たとえば５０℃が閾値Ｔｃとして予めストアされる。制御手段７２に備わる演算回路は、温度検出手段７１による検出温度Ｔｍと、メモリに予めストアされる閾値Ｔｃとの差ΔＴ（＝Ｔｍ−Ｔｃ）を演算し、ΔＴが零以上（ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｃ≧０）であるとき、吸気ファン２９の回転を開始し、開閉手段６３を開く動作信号を出力するように構成される。なお本実施の形態では、温度検出手段７１と制御手段７２とが別部材として構成されるけれども、温度検出手段と制御手段とが一体化された構成であってもよい。

このように構成される光ピックアップ装置７０では、レーザ駆動回路４５を動作させて情報の記録または再生を行い、筐体２６の内部空間４７の温度が５０℃以上に達したときにのみ、吸気ファン２９が回転されて外気が内部空間４７へ導入されるとともに、開閉手段６３が開かれて排気口６２から温度の高い空気が排出される。筐体２６の内部空間４７の温度が５０℃未満の場合、吸気ファン２９は回転されず、また、排気口６２も開閉手段６３によって閉じられる。このことによって、吸気ファン２９の動作に係る消費電力を抑制することが可能になる。

本発明の実施の第１形態である光ピックアップ装置２０の構成を簡略化して示す平面図である。 図１に示す光ピックアップ装置２０に備わる光学系を示す系統図である。 ＰＭＭＡ製対物レンズにおいて温度変化が生じた場合の球面収差発生の状態を示す図である。 ＰＭＭＡおよびガラスをそれぞれ素材とする２枚組みの対物レンズについて球面収差に起因する収差をシミュレーションした結果を示す図である。 光記録媒体２２の表面に存在する粉塵５１を介して集光する状態を示す模式図である。 ＢＤ上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率との関係を示す図である。 ＢＤ上およびＤＶＤ上に存在する粉塵粒径Ｐｄと透過率との関係を比較して示す図である。 本発明の実施の第２形態である光ピックアップ装置６０の構成を簡略化して示す平面図である。 本発明の実施の第３形態である光ピックアップ装置７０の構成を簡略化して示す平面図である。 従来技術の冷却機構を備える光ディスク装置１の構成を示す図である。 もう一つの従来技術の冷却機構を備える光ディスク装置５の構成を示す図である。

符号の説明

２０，６０，７０ 光ピックアップ装置
２１ 光源
２２ 光記録媒体
２３ 光透過保護層
２４ 対物レンズ
２５ 受光素子
２６ 筐体
２７ 一側面
２８ 吸気口
２９ 吸気ファン
３０ フィルタ
３１ 光学系
３２ コリメートレンズ
３３ 光分岐素子
３４ 球面収差補償素子
３５ 立上ミラー
３６ スポットレンズ
３７ 円柱レンズ
３８ カバーガラス
６１ 対向側面
６２ 排気口
６３ 開閉手段
６４ スイッチング回路
７１ 温度検出手段
７２ 制御手段

Claims (7)

1. 光記録媒体に情報を記録および／または光記録媒体から情報を再生する光ピックアップ装置において、
   光を出射する光源と、
   光源から出射された光を、光記録媒体の光透過保護層を介して情報記録面に集光する対物レンズと、
   光記録媒体によって反射された反射光を受光する受光素子と、
   少なくとも光源、対物レンズおよび受光素子を収容する筐体であって、一側面に吸気口が形成される筐体と、
   筐体の吸気口が形成される部位に設けられ、筐体外の大気を筐体内へ吸気する吸気ファンと、
   吸気ファンの筐体外方空間寄りに設けられるフィルタとを含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 筐体には、吸気口が形成される一側面に対向する側面に筐体内の大気を筐体外へ排気する排気口が形成され、
   筐体の排気口が形成される部位に設けられ、筐体の内部空間と筐体の外部空間とを開閉自在に連通／遮断する開閉手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. フィルタは、透過させる粒子の大きさが１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
4. 筐体の内部空間の温度を検出する温度検出手段と、
   温度検出手段による検出出力に応答し、吸気ファンの回転動作および開閉手段の開閉動作を制御する制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置。
5. 対物レンズは、開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置。
6. 対物レンズは、樹脂から成り、２枚の組みレンズによって構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置。
7. 光記録媒体の光透過保護層は、厚さが０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置。