JP2005322343A - 光ピックアップ及びコリメータレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズを保持するアクチュエータとの干渉を回避しつつ光学系の光路長の短縮化を図る。
【解決手段】光ディスク３の面方向と平行に光ビームを出射する発光素子３１と、発光素子３１から出射された光ビームを光ディスク３の面方向と直角方向に立ち上げる立上げミラー３３と、光ディスク３のトラッキング方向及びフォーカシング方向に駆動されるアクチュエータ５に支持され、光ディスク３の信号記録面に、立上げミラー３３によって光ディスク３の面方向と直角に立ち上げられた光ビームを集光させる対物レンズ４と、対物レンズ４と立上げミラー３３との間に設けられ、光ビームを略平行にするコリメータレンズ３４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスクに対して情報信号の記録や再生を行うための光ピックアップに関し、特に光ピックアップの光学系に関する。

従来より、光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光学ピックアップが提供されている。この種の光ピックアップ１００には、例えば図９に示すように、発光手段としての半導体レーザ素子１０２と、半導体レーザ素子１０２からの光を平行光に変換するコリメータレンズ１０３と、コリメータレンズ１０３からの平行光を光ディスク１０１の面方向に対して垂直方向に反射させる光路折り曲げミラーとしての立上げミラー１０４と、立上げミラー１０４からの反射光を光ディスク上に照射する対物レンズ１０５と、この対物レンズを二軸方向に移動可能に保持する対物レンズアクチュエータとしての二軸アクチュエータ１０６と、光ディスク１０１からの戻り光を検出する光検出器１０７とを備える。そして、光ピックアップ１００の光学系は、半導体レーザ素子１０２と光検出器１０７とを基板上にハイブリッドに配置した構造のいわゆるレーザカプラと呼ばれる光集積素子を用いる。

この光ピックアップ１００は、さらに、光検出器１０７の検出信号に基づいて、二軸アクチュエータ１０６に保持されている対物レンズ１０５を光ディスク１０１のフォーカシング方向及びトラッキング方向に駆動制御するサーボ回路を有する。そして、光学ピックアップ１００は、半導体レーザ素子１０２から出射された光ビームをコリメータレンズ１０３によって平行光に変換した後、立上げミラー１０４によって光ディスク１０１の面方向に対して垂直方向に光路を折曲げて、対物レンズ１０５により光ディスク１０１の信号記録面に照射し、この信号記録面で反射された戻り光を光検出器１０７の受光面で受けて、記録信号を検出するようにしている。

また、光ピックアップ１００は、正確な記録再生信号の検出のために、半導体レーザ素子１０２からの光ビームが光ディスク１０１の信号記録面の正しい位置にスポットを形成する必要があることから、半導体レーザ素子１０２から出射された光ビームを光ディスク１０１の信号記録面に集光させる対物レンズ１０５を所定のサーボ信号に基づいて微動させるようにしている。この対物レンズ１０５のサーボとしては、光ディスク１０１の記録トラックに対して、このディスクの径方向に沿って対物レンズ１０５を微動させるトラッキングサーボと、光軸に沿って光ディスク１０１の信号記録面に近接離間させる方向に対物レンズ１０５を微動させるフォーカシングサーボとが行われている。

特開平９−２０４６７５号公報

ところで、このような構成の光ピックアップ１００においては、光学倍率や光学部品の配置精度等の問題から半導体レーザ素子１０２の発光点からコリメータレンズ１０３まで、一定の距離を確保する必要がある。また、上述したように、かかる光ピックアップ１００は、半導体レーザ素子１０２からの光ビームを平行光に変換するためのコリメータレンズ１０３が、半導体レーザ素子１０２と立上げミラー１０４との間に配設されている。

このため、半導体レーザ素子１０２からコリメータレンズ１０３までの距離を光ピックアップ１００の投影面積内に確保しなければならず、半導体レーザ素子１０２から立上げミラー１０４までの距離が比較的長くなる。従って、光学ピックアップ１００及びディスクドライブ装置全体が、光ディスク１０１に平行な面内にて大型化してしまう。

一方、近年のポータブルステレオ機器や薄型のモバイルノートパソコン、携帯型ゲーム機等の携帯機器においては、機器本体のさらなる小型化及び薄型化への要求が高まっており、かかる携帯機器に用いられるディスクドライブ装置及びこのディスクドライブ装置に用いられる光ピックアップにおいても、光学系全体のさらなる小型化への対応が求められ、その光路長も短縮化の要求が高い。

そこで、本発明は、光ピックアップの小型化の要求に応えるべくコリメータレンズを適切な位置に配置し、光路長の短縮化を図ることができる光ピックアップ及びこの光ピックアップの光学系に用いられるコリメータレンズを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明にかかる光ピックアップは、光ディスクの面方向と平行に光ビームを出射する発光素子と、上記発光素子から出射された光ビームを上記光ディスクの面方向と直角方向に立ち上げる立上げミラーと、上記光ディスクのトラッキング方向及びフォーカシング方向に駆動されるアクチュエータに支持され、上記光ディスクの信号記録面に、上記立上げミラーによって上記光ディスクの面方向と直角に立ち上げられた光ビームを集光させる対物レンズと、上記対物レンズと上記立上げミラーとの間に設けられ、光ビームを略平行にするコリメータレンズとを有するものである。

また、本発明にかかるコリメータレンズは、 光ディスクの信号記録面に光ビームを集光させる対物レンズと同一の光軸上に設けられ、上記対物レンズに平行光を照射する略円形のコリメータレンズであって、有効径を除く外周に沿って平坦状のフランジ部が形成され、該フランジ部は、上記対物レンズを上記光ディスクのフォーカシング方向及びトラッキング方向に移動可能に支持するアクチュエータ側の一部が切り欠かれていることを特徴とするものである。

このような光ピックアップ及びこの光ピックアップの光学系に用いられるコリメータレンズによれば、コリメータレンズのフランジ部の一部を切り欠くことにより、発光素子から立上げミラーまでの光路長の短縮化を図りつつ、対物レンズを保持するアクチュエータとコリメータレンズとの干渉を防止することができる。

以下、本発明が適用された光ピックアップ及びこの光ピックアップの光学系に用いられるコリメータレンズについて、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明が適用された光ピックアップ１は、図１に示すように、半導体レーザ、光検出素子等から構成される光学ブロック２と、光ディスク３と対向する位置に配設され光ビームを光ディスクの信号記録面に収束させる対物レンズ４と、この対物レンズ４を駆動変位させる対物レンズ駆動装置５とを備え、これらがピックアップベース６に組み付けられて形成されている。そして、このような光ピックアップ１は、図示しないが記録及び／又は再生装置の装置本体を構成する筐体内に配設されるベースに設けられたピックアップ送り機構によって、ディスク回転駆動部に装着された光ディスク３の径方向に送り操作される。

対物レンズ４を駆動変位させる対物レンズ駆動装置５は、図２に示すように、軸摺動型の二軸アクチュエータであり、固定部となるベース１１と、上述した対物レンズ４を保持すると共に、ベース１１に対する可動部となるレンズホルダ１２とを備えている。

ベース１１は、磁性材料で形成されており、全体がヨークとしても機能する。このベース１１の略中央部には、底板１１ｂに対して略垂直となる支軸１３が圧入やカシメ等により取り付けられている。この支軸１３は、光ディスク３の信号記録面に対して光ビームを垂直に照射する対物レンズ４の光軸と平行となるように設けられている。ベース１１の両端部には、支軸１３を挟んで対向する一対のマグネット取付片１４ａ，１４ｂが設けられている。これら一対のマグネット取付片１４ａ，１４ｂには、互いに対向する面に、一対のマグネット１５ａ，１５ｂが取り付けられている。一対のマグネット１５ａ，１５ｂは、互いに向き合う面の磁極が同一となるように、すなわち互いのＮ極同士又はＳ極同士が向き合うように着磁されている。

支軸１３に取り付けられるレンズホルダ１２は、支軸１３との摺動が円滑となるように、液晶ポリマー等の剛性が高く摩擦抵抗の小さい合成樹脂材料によってモールド成形されている。レンズホルダ１２の略中央部には、支軸１３が摺動自在に挿通されるスリーブ部１６が設けられている。スリーブ部１６は、支軸１３に対して回動方向（図２中矢印Ａ方向）、すなわちトラッキング方向と支軸１３の軸線方向（図２中矢印Ｂ方向）、すなわちフォーカシング方向に摺動する部分であり、支軸１３の外径より内径が僅かに大きくなるように形成されている。また、スリーブ部１６が支軸１３の軸線方向に摺動できるように、長さが支軸１３の高さより短くなるように形成されている。

このスリーブ部１６の外周部には、図示しないフォーカシングコイルが取り付けられている。また、このフォーカシングコイルの外周部には、マグネット１５ａ，１５ｂに対向するように図示しないトラッキングコイルが取り付けられている。

レンズホルダ１２は、このスリーブ部１６のスリーブ部１６に支軸１３が挿通されることによって、支軸１３の軸線方向、すなわち図２中矢印Ｂ方向に摺動可能に支持されると共に、支軸１３を中心とした回動方向、すなわち図２中矢印Ａ方向に摺動可能に支持される。また、このスリーブ部１６に支軸１３が挿通されることによって、一方のトラッキングコイルと一方のマグネット１５ａとが所定の間隔で対向配置されると共に、他方のトラッキングコイルと他方のマグネット１５ｂとが所定の間隔で対向配置される。

また、レンズホルダ１２には、図２に示すように、フォーカシングコイルやトラッキングコイルに給電するためのフレキシブル配線基板１９が取り付けられる。

レンズホルダ１２の一端側には、図２に示すように、対物レンズ４を取り付けるためのレンズ取付部２３が設けられている。このレンズ取付部２３には、先端部に対物レンズ４が嵌合されるホルダ孔２３ａが形成されており、このホルダ孔２３ａに、支軸１３の軸線と対物レンズ４の光軸とが平行となるように、対物レンズ４が保持される。

光学ブロック２は、少なくとも光ビームを出射する半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から出射された光ビームと光ディスク３の信号記録面で反射された戻りの光ビームを検出する光検出素子３２とをハイブリッドに配置した構造のいわゆるレーザカプラ３０と呼ばれる光集積素子と、このレーザカプラ３０から出射された光ビームを光ディスク３側へ立ち上げる立上げミラー３３と、立ち上げられた光ビームを平行光にするコリメータレンズ３４とを備える。

このレーザカプラ３０は、図３及び図４に示すように、表面領域に光検出用のフォトディテクタ等の光検出素子３２ａ，３２ｂが設けられた１個のシリコンチップ３５上に、発光源である半導体レーザ３１とマイクロプリズム３６が取り付けられたレーザカプラチップ３７を、例えば、フラットパッケージ３８の収納凹部３８ａ内に収容して構成されている。

レーザカプラチップ３７のシリコンチップ３５は、略矩形状に形成され、シリコンウェハ上に拡散等によってフォトディテクタ等の光検出素子３２ａ，３２ｂが作り込まれ、シリコンウェハを略矩形状にダイシングされることにより形成される。このシリコンチップ３５には、長手方向の一端３５ａ側に半導体レーザ３１からの出射光をほぼ垂直に反射すると共に光ディスク３からの反射光を光検出素子３２側へ透過させるマイクロプリズム３６が設けられている。またシリコンチップ３５の他端３５ｂ側には、マイクロプリズム３６と正対された半導体レーザ３１が搭載されたフォトダイオードチップ３９が設けられている。このフォトダイオードチップ３９には、半導体レーザ３１の出力を制御する目的で、半導体レーザ３１の後面から出射される光ビームをモニターするＰＩＮフォトダイオードが形成されている。

なお、シリコンチップ３５は、フォトダイオードチップ３９の近傍に、レーザカプラチップ３７を収納するフラットパッケージ３８の基板と接続するボンディングワイヤ用の図示しないワイヤパッドが設けられている。

レーザカプラチップ３７を収納したフラットパッケージ３８は、透明ガラス４０等でシールされ、さらに光ビームを０次光と±１次光に分割するグレーティング４１が搭載される。

このようなレーザカプラ３０の半導体レーザ３１から出射された出射光は、マイクロプリズム３６の傾斜端面３６ａによって立ち上げられた後、グレーティング４１によって０次光と±１次光に分割されて立上げミラー３３へ照射される。次いで、出射光は、立上げミラー３３の反射面３３ａで光ディスク３側へ立ち上げられ、コリメータレンズ３４で平行光とされた後、対物レンズ４へ入射する。そして、出射光は、対物レンズ４によって光ディスク３の信号記録面に収束されて照射される。

また、光ディスク３の信号記録面で反射された戻りの反射光は、対物レンズ４、コリメータレンズ３４、立上げミラー３３を経てレーザカプラ３０内に入射される。そして、反射光はレーザカプラ３０内に設けられたマイクロプリズム３６を透過し、光検出素子３２に照射される。

立上げミラー３３は、光路折り曲げ手段であって、レーザカプラ３０より出射された光ビームを光ディスク３側に向かって反射させると共に、光ディスク３からの戻り光をレーザカプラ３０側へ反射させる。このとき、立上げミラー３３は、その傾斜方向が、光ディスク３のトラック方向，即ちトラックの接線方向に対して、４５度の角度をなすように配置されている。これによって、光検出素子３２ａ，３２ｂは、非点収差法によりフォーカスエラーを検出し、位相比較法によりトラッキングエラーを検出することができる。

本発明が適用されたコリメータレンズ３４は、立上げミラー３３で反射された光ビームを平行光に変換するものである。このコリメータレンズ３４は、立上げミラー３３により折り曲げられた光路、すなわち、光ディスク３の信号記録面に対して垂直な光路内で、立上げミラー３３及び対物レンズ４の間に配設されている。コリメータレンズ３４が係る位置に配設されることにより、受発光部となるレーザカプラ３０と立上げミラー３３までの光路長が短く設計することができ、光ピックアップ１の小型化を図ることができる。また、コリメータレンズ３４が立上げミラー３３と対物レンズ４との間に配設されることにより、上述した対物レンズ駆動装置５の支軸１３を比較的長く形成することができ、対物レンズ４を保持するレンズホルダ１２を安定して摺動、保持することができる。

このコリメータレンズ３４は、図１及び図５に示すように、凸レンズであって、周縁部が円形に張り出したフランジ部４３が形成されている。そして、コリメータレンズ３４は、このフランジ部４３の一部が切り欠かれている。この切欠き部４３ａは、上述した対物レンズ駆動装置５に保持されたレンズホルダ１２の摺動領域に対応して形成されている。

すなわち、光路長の短縮化への対応により、受発光部となるレーザカプラ３０から立上げミラー３３までの光路長とともに、レーザカプラ３０から対物レンズ駆動装置５までも含めた光学系全体の小型化への要求が高まっている。このため、立上げミラー３３と対物レンズ４との間に配設されたコリメータレンズ３４と対物レンズ駆動装置５との距離も可及的に近接して配設される。これにより、対物レンズ４を保持するレンズホルダ１２のフォーカシング方向の移動領域や対物レンズ駆動装置５のヨークやコイル、マグネット等とコリメータレンズ３４が干渉してしまう。したがって、本発明が適用された光ピックアップ１においては、コリメータレンズ３４のフランジ部４３のレンズホルダ１２等と干渉する一部を切り欠くことにより、光路長の短縮化を図りつつ、レンズホルダ及びコリメータレンズ３４との干渉を防止することができる。

また、コリメータレンズ３４は、フランジ部４３の一部を切り欠くものとしたことから、金型を用いたレンズ成形において、金型製造上の精度誤差の発生を低減させている。すなわち、コリメータレンズ３４のフランジ部４３は、光ビームが透過する有効径を除く外周部分に設けられるとともに平坦に形成されている。したがって、コリメータレンズ３４を成形する金型のフランジ部４３に対応する部分は、光ビームが透過する球面部に対応する部分よりも精度が比較的出しやすい。また、切欠き部４３ａに対応する部分も同様に金型の精度を容易に出すことができる。

一方、フランジ部以外の球面部分に切欠き部を形成する場合や、フランジ部を備えず、球面部の一部に切欠き部を形成する場合には、金型を非球面形状に形成するのみならず、当該非球面形状の一部に切欠き部に対応する形状の切り欠き形状を形成する必要があり、金型製造上の精度を出しにくい。

また、コリメータレンズを円形にモールド成形した後に外周の一部をカットして切欠き部を形成する場合には、カット工程においてコリメータレンズの球面部に加わる圧力によって歪みが発生するおそれがある。

以上より、本発明が適用されたコリメータレンズ３４は、平坦に形成されるフランジ部４３に切欠き部４３ａを形成するものであるため、金型製造上の精度を容易に出すことができる。なお、この切欠き部４３ａは、フランジ部４３の対物レンズ駆動装置５側の一部に設けられる他、図６に示すように、対物レンズ駆動装置５側とその対向部にも設けることができる。また、切欠き部４３ａは、図７に示すように、直線状に形成してもよい。この切欠き部４３ａは、対物レンズ４が光ディスク３のトラッキング方向に移動する際のレンズホルダ１２の移動方向と平行に切り欠かれることにより、レンズホルダ１２との干渉を防止する。なお、この場合、コリメータレンズ３４の球面部に対応する部分も切り欠かれているが、直線状とされることにより、比較的容易に金型の精度を出すことができる。

ところで、以上のようなコリメータレンズ３４を備える光ピックアップ１は、図８に示すように、光検出素子３２で光電変換された電気信号が供給されるＲＦアンプ５１と、フォーカシング信号やトラッキング信号を生成するサーボ回路５２とを備える。ＲＦアンプ５１は、光検出素子３２からの電気信号に基づいて、ＲＦ信号を生成すると共に、非点収差法等によりフォーカシングエラー信号を生成し、更に、３ビーム法やプッシュプル法によりトラッキングエラー信号を生成する。そして、ＲＦアンプ５１は、ＲＦアンプを信号処理回路に供給し、フォーカシングエラー信号とトラッキングエラー信号をサーボ回路５２に供給する。サーボ回路５２は、フォーカシングエラー信号に基づき、このフォーカシングエラー信号が０となるように、フォーカシングサーボ信号を生成する。そして、サーボ回路５２は、フォーカシングサーボ信号に応じた電流を対物レンズ駆動装置５のフォーカシングコイルに供給する。また、サーボ回路５２は、トラッキングエラー信号に基づき、このトラッキングエラー信号が０となるように、トラッキングサーボ信号を生成する。そして、サーボ回路５２は、トラッキングサーボ信号に応じた電流を対物レンズ駆動装置５のトラッキングコイルに供給する。

光ピックアップ１は、情報信号の記録や再生のため、記録及び／又は再生装置のディスク回転駆動部によって光ディスク３が回転されると、光ディスク３の径方向に送り操作される。光ピックアップ１は、半導体レーザ３１より光ビームを出射する。すると、この出射光は、レーザカプラ３０に設けられたグレーティング４１で０次光と±１次光に分離され、立上げミラー３３及びコリメータレンズ３４を介して対物レンズ４に入射され、光ディスク３の信号記録面に収束されて照射される。そして、光ディスク３の信号記録面で反射された戻りの反射光は、出射光と同一経路を経てレーザカプラ３０に入射し、マイクロプリズム３６の反射面３６ａで半導体レーザ３１から出射された出射光と分離され、マイクロプリズム３６を透過して光検出素子３２に照射される。そして、光検出素子３２は、この反射光を光電変換し、電気信号をＲＦアンプ５１に供給する。

ＲＦアンプ５１は、この電気信号に基づいてＲＦ信号とフォーカシングエラー信号とトラッキングエラー信号とを生成し、ＲＦ信号を信号処理回路に供給し、フォーカシングエラー信号とトラッキングエラー信号をサーボ回路５２に供給する。サーボ回路５２は、フォーカシングエラー信号に基づいてフォーカシングサーボ信号を生成し、フォーカシングサーボ信号に応じた電流を対物レンズ駆動装置５のフォーカシングコイルに供給すると共に、トラッキングエラー信号に基づいてトラッキングサーボ信号を生成し、トラッキングサーボ信号に応じた電流をトラッキングコイルに供給する。

フォーカシングコイルに対して電流が供給されると、一対のマグネットに発生する磁界との作用によって駆動力が発生し、対物レンズ駆動装置５の支軸１３の軸線方向に沿って、すなわちフォーカシング方向である図２中矢印Ｂ方向にレンズホルダ１２に取り付けられた対物レンズ４を変位させることができる。また、トラッキングコイルに対して電流が供給されると、一対のマグネットに発生する磁界との作用によって駆動力が発生し、支軸１３の回動方向に、すなわちトラッキング方向である図２中矢印Ａ方向にレンズホルダ１２に取り付けられた対物レンズ４を変位させることができる。

このように、対物レンズ４を保持するレンズホルダ１２がフォーカシング方向又はトラッキング方向に移動される場合にも、本発明が適用されたコリメータレンズ３４及びこのコリメータレンズ３４を用いた光ピックアップ１によれば、コリメータレンズ３４の外周部に平坦に設けられたフランジ部４３に切欠き部４３ａが形成されているため、レンズホルダ１２の移動領域とコリメータレンズ３４とが干渉しない。したがって、光ビームの受光発光部となるレーザカプラ３０から立上げミラー３３までの光路長を短くすると共に、対物レンズ駆動装置５と光ピックアップ１の光学系とを近接した位置に配置することができ、光ピックアップ全体の小型化を図ることができる。

本発明が適用された光ピックアップの光学系を示す断面図である。 対物レンズ駆動装置を示す斜視図である。 レーザカプラチップを示す斜視図である。 レーザカプラを示す斜視図である。 本発明が適用されたコリメータレンズを示す平面図である。 本発明が適用された他のコリメータレンズを示す平面図である。 本発明が適用された他のコリメータレンズを示す平面図である。 本発明が適用された光ピックアップの一部を示す回路図である。 従来の光ピックアップの光学系を示す断面図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ、２ 光学ブロック、３ 光ディスク、４ 対物レンズ、５ 対物レンズ駆動装置、６ ピックアップベース、１２ レンズホルダ、１３ 支軸、２３ レンズ取付部、３０ レーザカプラ、３１ 半導体レーザ、３２ 光検出素子、３３ 立上げミラー、３４ コリメータレンズ、４３ フランジ部、４３ａ 切欠き部

Claims (5)

1. 光ディスクの面方向と平行に光ビームを出射する発光素子と、
   上記発光素子から出射された光ビームを上記光ディスクの面方向と直角方向に立ち上げる立上げミラーと、
   上記光ディスクのトラッキング方向及びフォーカシング方向に駆動されるアクチュエータに支持され、上記光ディスクの信号記録面に、上記立上げミラーによって上記光ディスクの面方向と直角に立ち上げられた光ビームを集光させる対物レンズと、
   上記対物レンズと上記立上げミラーとの間に設けられ、光ビームを略平行にするコリメータレンズとを有する光ピックアップ。
2. 上記コリメータレンズは、略円形に形成され、有効径を除く外周に平坦に形成されたフランジ部の一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
3. 上記コリメータは、上記フランジ部の一部が直線状に切り欠かれていることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
4. 光ディスクの信号記録面に光ビームを集光させる対物レンズと同一の光軸上に設けられ、上記対物レンズに平行光を照射する略円形のコリメータレンズであって、
   有効径を除く外周に沿って平坦状のフランジ部が形成され、該フランジ部は、上記対物レンズを上記光ディスクのフォーカシング方向及びトラッキング方向に移動可能に支持するアクチュエータ側の一部が切り欠かれていることを特徴とするコリメータレンズ。
5. 上記コリメータレンズは、上記フランジ部の一部が直線状に切り欠かれていることを特徴とする請求項４記載のコリメータレンズ。
   

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