JP2007257805A - 光学素子送り装置およびそれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定な動作が可能で小型・軽量な光学素子送り装置及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光学素子送り装置は、光学素子が配される可動枠１１を光軸方向に移動可能に支持する主軸１２及び副軸１３と、ステッピングモーター１４と、ステッピングモーター１４の回転軸の回転によって回転するリードスクリュウ１５と、リードスクリュウ１５に契合し、リードスクリュウ１５の回転によって光軸方向に移動可能な樹脂性のナット１６と、可動枠１１を光軸方向に付勢して可動枠１１をナット１６に当接させるためのバネ１７とを有する。ナット１６と可動枠１１との間に緩衝材１８を設けて、ナット１６と可動枠１１を結合させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、収差補正などに用いられるレンズ(光学素子)送り装置及びそれを用いた光ピックアップ装置に関する。

光ディスク記録／再生装置は、非接触、大容量、高速アクセス、低コストなどを特徴とする光学的情報記録／再生装置であり、これらの特徴を生かしてディジタル・オーディオ信号の記録／再生装置として、あるいはコンピュータの外部記憶装置などとして各種分野で使用されている。また、応用分野の拡大に伴い光ディスク記録／再生装置に搭載される光ピックアップ装置の各種性能ならびに信頼性向上が必要不可欠である。

光ディスク記録／再生装置には、収差補正するためにレンズを光軸方向に移動させる光学素子送り装置が設けられている。光学素子送り装置に関しては、たとえば、下記のような特許文献１及び２を挙げることができる。

特開平０８−７５９７４号公報 特開平０７−１４０３６８号公報

光ディスク記録／再生装置の記録密度を向上するためには、光源波長を短波長化するとともに対物レンズの開口数を大きくすることが有効であり、レーザー波長400nm付近の青紫色レーザーを用いた高密度光ディスクの規格の1つに、開口数（NA）０．８５の高ＮＡ対物レンズと、記録層保護膜の厚さが０．１ｍｍの光ディスクを用いたＢＤ（Ｂｌｕ-ｒａｙ-Ｄｉｓｃ）規格がある。

このブルーレイディスクは、１枚の光ディスク内にそのディスクの厚さ方向に第１の記録層と第２の記録層が所定の間隔をおいて配置されるため、一方の記録層から他方の記録層に切り替わる際に球面収差が発生する。この球面収差を補正するために、光ピックアップ装置の対物レンズの手前に可動レンズを設け、この可動レンズの位置を光学素子送り装置で微調整することにより球面収差の補正がなされている。

この光学素子送り装置は、可動レンズが可動枠に取り付けられ、その可動枠の動力源としてステッピングモーターが用いられ、ステッピングモーターを回転駆動することにより可動枠（可動レンズ）を光軸方向に移動させる構成になっている。

光学素子送り装置は、ナットの材質に金属が使われており、ナットに設けたネジ部以外の回り止めの接触部にもグリースの塗布を行い使用していた。

光学素子送り装置に使用しているステッピングモーターは、周囲温度が低いときとか、グリース塗布量のバラツキで負荷が異なるため、最小駆動電圧が高くなり脱調などのマージンがなくなる問題があるためステッピングモーターは大きいものを使用せざるを得なかった。そのため、ステッピングモーターは形状が大きくなり、かつ、消費電力も大きかった。

本発明の目的は、上記問題点を解消し、高信頼性で、小型でかつ消費電力が小さい光学素子送り装置及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光学素子をその光軸方向に移動させるための光学素子送り装置であって、前記光学素子が配される可動部材を光軸方向に移動可能に支持する支持手段と、ステッピングモーターと、前記光軸方向と平行に配置され、前記ステッピングモーターの回転軸の回転によって回転するネジと、前記ネジに契合し、回り止め部が設けられ、前記ネジの回転によって前記光軸方向に移動可能な樹脂性のナットと、前記可動部材を前記光軸方向に付勢して前記可動部材を前記ナットに当接させるための付勢部材と、を有し、前記ナットが前記可動部材と緩衝材によって結合されていることを特徴とする光学素子送り装置を提供する。

本発明の第１の態様の光学素子送り装置においては、前記ネジが前記ステッピングモーターの回転軸上に直接接続されていることが好ましい。また、緩衝材は、ナットの一部と可動部材の一部を結合することが好ましく、可動部材及びナットの少なくとも一方に、前記緩衝材を溜めておくための凹部又は凸部が形成されていることが好ましい。また、前記回り止め部を除いた前記樹脂製のナットの周りに金属が形成されていることが好ましい。

前記目的を達成するために、本発明の第２の態様は、前記ナットが前記可動部材と緩衝材によって結合されている代わりに、前記ナットの一部が金属で形成されていることを特徴とする光学素子送り装置を提供する。

前記目的を達成するために、本発明の第３の態様は、本発明の第１又は第２の態様の光学素子送り装置と、レーザー光源と、前記レーザー光源から放射されたレーザービームを平行光にするコリメーターレンズと、前記レーザービームを光ディスク上に集光するための集光レンズと、前記光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備える光ピックアップ装置を提供する。

本発明によれば、信頼性が高い光学素子送り装置及びそれを用いた光ピックアップを提供することができる。

本発明に従う光学素子送り装置及びそれを用いた光ピックアップ装置の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。

図３に、本発明に従う光ピックアップ装置１００の光学系の概略構成図を示す。同図に示すようにレーザーダイオード１から出射したレーザー光Ｌはコリメーターレンズ２に入って平行光にされ、回折格子３を通過して、偏光ビームスプリッター４に入る。そして、可動レンズ５を通り、固定レンズ６に入り、ミラー７で９０度方向が変えられて、対物レンズ８を通り、光ディスク９上に焦点を結ぶ。図３において、検出レンズ１０は、偏光ビームスプリッター４から分岐したレーザー光Ｌを光検出器（図示せず）に導くためのレンズである。光ピックアップ装置１００は、基本的にこのような構成になっている。

光ディスク９の中には記録容量の増大を図るために、同一ディスク内に第１の記録層と第２の記録層がディスクの厚さ方向に重ねて設けられている。この種の光ディスク９の第１の記録層と第２の記録層にアクセスする場合は、カバーガラス（基板）の厚みが変化して、球面収差が発生する。そのため、これを補正するように、対物レンズ８に入る光を弱発散光にしたり、弱収束光にしたりして調整する必要がある。本実施例では、後述するレンズ送り装置で、可動レンズ５を光軸方向に移動調整することにより、球面収差を補正する構成になっている。

例えば、ブルーレイディスクでは、光ディスク９における第１の記録層と第２の記録層の間隔は約２５μｍであるため、球面収差は２５０ｍλ発生することになる。

本実施形態では、後述するレンズ送り装置（球面収差補正装置）を用いて可動レンズ５を２０μｍ移動させると、１０ｍλの球面収差の補正が可能なレンズを使用している。そして球面収差の補正をより正確に行なうためには、可動レンズ５の送り量を小さくすることが必要になる。

また、ブルーレイディスクでは、トラックピッチが０．３２μｍと非常に小さい。そのため、トラッキング方向（ディスク半径方向）のレーザー光の照射位置の変動量を、０．３２／４＝０．０８μｍ以下の範囲に制御しないと、トラッキングを行うことが困難となる。

また、収差補正のために可動レンズ５を移動させたときに、可動レンズ５が面方向に僅かに変動するとトラッキング外れが発生する。使用する可動レンズ５の光学倍率にもよるが、例えば、光学倍率が約８倍とすると、０．０８μｍ×８≒０．６μｍとなり、可動レンズ５の面方向の変動は０．６μｍより小さくする必要がある。可動レンズ５の面方向の変動速度が遅い場合は対物レンズ８が追従できるので、例えば３μｍ程度の変動でも対応できる。しかし、変動速度が早い場合は、例えば４ｋＨｚ以上の場合は対物レンズ８が追従できないため、可動レンズ５が高速に変動しないような構成にする必要がある。

図１には、その可動レンズ５を移動調整するためのレンズ送り装置の構成を示す。レンズ送り装置は、可動レンズ５が取り付けられた可動枠（可動部材）１１と、可動枠１１を可動レンズ５の光軸方向に移動可能に保持するための主軸１２及び副軸１３と、回転軸を有するステッピングモーター１４とを備える。

可動レンズ５を取り付けた可動枠１１は、図３に示すレーザー光Ｌの光軸方向に対して平行に配置された主軸１２と副軸１３の案内により、光軸方向に往復移動される。

ステッピングモーター１４の回転軸には、その回転軸と同軸にリードスクリュウ１５が取り付けられている。ステッピングモーター１４の回転軸は、可動レンズ５の光軸に平行に配置されており、リードスクリュウ１５も可動レンズ５の光軸に平行になる。リードスクリュウ１５は、主軸１２ならびに副軸１３とも平行に配置されている。リードスクリュウ１５は、ステッピングモーター１４の回転軸の回転によって回転する。
ここでは、リードスクリュウ１５をステッピングモーター１４の回転軸と同軸に設けて、ステッピングモーター１４の回転軸の回転を直接リードスクリュウ１５に伝達させるように構成したが、本発明ではこれに限定されず、リードスクリュウ１５が可動レンズ５の光軸に平行に配置されるのであれば、ステッピングモーター１４の回転軸と同軸に設けられていなくてもよく、例えば、ステッピングモーター１４の回転軸の回転がギアを介してリードスクリュウ１５に伝達されるように構成しても良い。

リードスクリュウ１５には、回り止め１６ａを一体形状で設けたナット１６が螺合されている。ナット１６は、リードスクリュウ１５の回転によって、リードスクリュウ１５の軸方向に移動する。本実施形態では、ナット１６は樹脂で形成されている。このように、樹脂製のナット１６を用いたことにより、リードスクリュウ１５とナット１６の間に潤滑性を高めるために塗布されるグリースの量を、金属製のナットを使用する場合よりも少なくしても、ナットを安定して移動させることができる。グリースの塗布量が多い場合には、周囲の温度変化に応じてグリースの粘性が変化するため、ステッピングモーター１４の回転軸の回転負荷が変動することがあるが、本発明では、樹脂製のナットを用いることによってグリースの塗布量を減らすことができるので、そのような回転負荷の変動を抑制することができる。そのため、最小駆動電圧が高くなって脱調などのマージンがなくなるという問題もなくなる。その結果、ステッピングモーター１４の消費電力の低減を図ることができる。また、本発明では、ナット１６を樹脂で製造するので、量産性に優れ、コストを低減することができる。

可動枠１１には、３つの貫通孔が形成されており、それぞれの貫通孔に、主軸１２と、副軸１３と、リードスクリュウ１５とが遊嵌される。主軸１２が通る貫通孔と、副軸１３が通る貫通孔の間に可動レンズ５が取り付けられている。可動枠１１は、主軸１２と副軸１３とによって、可動レンズ５の光軸方向に移動可能に支持される。
可動枠１１は、図１に示されるように、主軸１２と副軸１３が通る２つの貫通孔が形成されている部分と、リードスクリュウ１５が通る貫通孔が形成されている部分との間が屈曲しており、両部分が互いに平行に配置された構造を有している。しかし、本発明では、可動枠１１の構造は、図１に示す構造に限定されるものではなく、屈曲部のない平坦な板状の部材で構成して、主軸と副軸が通る２つの貫通孔の形成面と、リードスクリュウ１５が通る貫通孔の形成面とが同一面となるようにしても良い。

リードスクリュウ１５に契合されているナット１６のステッピングモーター側において、可動枠１１がリードスクリュウ１５に遊嵌されている。主軸１２には、コイル状の与圧バネ１７が遊嵌されており、与圧バネ１７の一方の端部は可動枠１１と接触し、他方の端部は図示しない固定部に固定されている。与圧バネ１７は、可動枠１１を固定レンズの光軸方向に弾性付勢している。これにより、可動枠１１の、リードスクリュウと遊嵌されている部分が、ナット１６に向かって弾性付勢され、可動枠１１の一部がナット１６の側面に当接する。従って、可動枠１１と、その可動枠１１に取り付けられた可動レンズ５は、ステッピングモーター１４（リードスクリュウ１５）の回転に伴ってナット１６と共に移動する。

図２には、図１に示すレンズ送り装置のナット１６の周辺を拡大した概略図を示した。
ナット１６には回り止め１６aが形成されており、この回り止め１６ａは、図示しないベースに設けられた溝に、移動可能に嵌め込まれる。ステッピングモーター１４の回転軸が回転し、リードスクリュウ１５が回転すると、ナット１６は、回り止め１６ａで規制される範囲で回転する。その後、ベースに設けた溝に、回り止め１６ａが衝突して反発しようとする。すなわち、ステッピングモーター１４を駆動してリードスクリュウ１５を回転させると、ナット１６は振動しながらリードスクリュウ１５の軸方向に移動することになる。

本実施形態では、ナット１６と、可動枠１１のリードスクリュウ接続用の孔の形成されている部分との間に、緩衝材としてグリース１８を設けることによって、このようなナット１６の動きを吸収し、抑制している。その結果、ナット１６は高速に変動しなくなり、可動枠１１は安定して光軸方向に移動する。

このような緩衝材１８がない場合は、リードスクリュウ１５を回転させたときにナット１６が振動する。そして、この振動が可動枠１１に伝達され、可動枠１１が前後方向（光軸方向）に変動しようとする。このとき、主軸１２と、その主軸１２が挿入される可動枠１１の案内穴１１ａとのクリアランスのために、可動枠１１は、可動レンズ５の光軸方向とは別方向に変動する。また、この可動枠１１の変動はナット１６の振動によるため高周波の変動になりトラッキング制御が困難となる。ナット１６の振動が可動枠１１に伝達されることを防止するために、ナット１６と可動枠１１とを直接固定して結合することも考えられるが、この場合は、主軸１２と副軸１３とリードスクリュウ１５を高い精度で平行に配置しないと、可動枠を移動させることが困難になってしまう。

そこで、本発明では、ナット１６を可動枠１１に緩衝材を介して結合して、可動枠１１に対してナット１６が、遊びを持って移動（遊動）できるように構成することによって、ナット１６の振動が緩衝材で吸収されて抑制されるので、このような可動枠１１の高周波の変動が防止され、安定してトラッキング制御を行うことができる。

本実施形態において、緩衝材としてのグリースは、高い粘性を有することが好ましく、蓄塑性を有し、周辺温度が高くなっても高い粘性を維持するものが好ましい。このようなグリースとしては、サンケイ化学株式会社製のサンコール LEN-315Y（商品名）を例示することができる。

ここでは、ナット１６の側面に対面する、可動枠１１のリードスクリュウ接続用の孔の形成されている部分（以下、リードスクリュウ接続部という）と、そのナット１６と側面との間に、緩衝材としてグリースを部分的に設けたが、グリースを設ける位置やグリースを設ける領域はこの位置や領域に限定されず、ナット１６と可動枠１１がグリースを介して結合されるのであれば、どのような位置に設けても良い。例えば、ナット１６の外周の一部と、可動部１１との間にグリースを形成しても良い。また、ナット１６の側面の一部と、可動枠１１のリードスクリュウ接続部の一部がグリースを介して結合される構成に限らず、ナット１６の全体がリードスクリュウ接続部とグリースを介して結合されるようにグリースが設けられていても良い。

また、図２の緩衝材１８としてグリースを用いた場合は、ナット１６と、可動枠１１のリードスクリュウ接続部との間に隙間が形成されるように凹部又は凸部を設けて、グリースたまりを形成しても良い。これにより、ナット１６と、可動枠１１のリードスクリュウ接続部との間にグリースを安定に保持することができ、衝撃などでグリースが逃げ出さないなどの効果があり、安定にナット１６の振動を抑制できる。

図４はナット１６にグリースたまりを設けた場合の構成例であり、可動枠１１とナット１６の間に隙間を設けた構成を示したものである。図４（ａ）は、ナット１６の側面にリング状の凸部を形成した例であり、図４（ｂ）は、ナット１６の側面に４つの凸部を形成した例である。また、図４（ｃ）は、多数の凸部を均一に形成した例である。これらいずれのナット１６を用いても、衝撃などでグリースが逃げ出さないという効果が得られる。また、図４（ａ）に示した例では、リング状の凸部よりも外周側にグリースを設けることにより、グリースがリードスクリュウ側に進入することも防止できる。

また、ここではナット１６に凸部を形成したが、可動枠１１側に凸部を設けても同様な効果を得ることができる。また、ナット１６や可動枠１１に、凸部の代わりに凹部を設けても同様の効果を得ることができる。

また、上記例では、緩衝材としてグリースを用いた例を示したが、本発明では、グリース以外に、スポンジやゴムなども緩衝材として用いることができる。図５（ａ）は、緩衝材１８としてスポンジ１９を用いた構成例であり、スポンジ１９が、ナット１６の側面に貼りつけられて構成されている。また、スポンジ１９は、可動枠１１に形成されていてもよい。また、図５（ｂ）には、緩衝材としてゴム２０を用いた構成例を示している。
図５（ａ）及び（ｂ）に示した構成例において、スポンジ１９やゴム２０は、ナット１６の側面の円周全体に配されても、部分的に配されてもよく、どちらの構成でも、上述した効果と同様な効果を得ることができる。

上記例では、ナット１６を樹脂で形成したが、ナットの重量を大きくするために金属などを形成しても良い。図６は、回り止め１６ａを除いたナット１６の外周に金属２１を配したものである。このようにナット１６の重量を重くすることにより、ナット１６の不要な振動を低減することができる。金属は、回り止め１６ａには形成されないようにすることが好ましい。すなわち、回り止め１６ａに金属を形成してしまうと、回り止め１６を規制するベース（図示しない）の溝との衝突の際の衝撃力が増す虞があるためである。また、金属は、リードスクリュウ１５との接触部を除いて形成されることが好ましい。すなわち、リードスクリュウ１５との接触部を金属で形成してしまうと、回転しやすくするための潤滑剤の量を増やさなければならないからである。

以上説明したように、ディスク９の厚さバラツキを補正するために、ディスク９を変えるたびに球面収差を補正するために駆動しながら最適位置を求めるが、そのとき、トラッキング外れが発生しない安定な装置を提供でき、かつ、球面収差補正装置を小型化できるためピックアップを小型化でき、それにより装置全体の小型化が可能となる。

図７に、本装置を用いた光ピックアップを使用した光ディスク装置の全体のブロック図を示す。光ピックアップ装置２００は、ディスク９に信号を記録再生するための光ピックアップ１００、ディスク９を回転するスピンドルモーターと光ピックアップを半径方向に移動するスレッドモーターとからなる駆動部５０、駆動部５０に電力を供給するためのドライバ５１、ドライバ５１と光ピックアップ１００を制御するためのシステムコントローラと光ピックアップ１００の信号を処理するフロントエンドプロセッサーからなる回路処理部５２を備える。回路処理部５２はホストＰＣ５３に接続され制御される。

光ピックアップには、レンズ送り装置（球面収差補正装置）が内蔵されており、回路処理部５２のシステムコントローラが指示を出力して、ドライバ回路により駆動される。

以上、本発明に従う光学素子送り装置及びそれを用いた光ピックアップ装置について、実施例により詳細に説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更を行ってもよい。

本発明の実施形態に係るレンズ送り装置の構成を説明するための図である。 図1のレンズ送り装置部の拡大説明図である。 本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置における光学素子の配置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るナット部の形状の説明図である。 本発明の実施形態に係るナット部に設けた緩衝材の説明図である。 本発明の実施形態に係るナット部に設けた重りの説明図である。 本発明のレンズ送り装置を用いた光ディスク装置の概略説明図である。

符号の説明

１：レーザーダイオード、2：コリメーターレンズ、3：回折格子、4：偏光ビームスプリッター、５：可動レンズ、６：固定レンズ、７：ミラー、8：対物レンズ、９：光ディスク、１０：検出レンズ、１１可動枠、11ａ：可動枠案内穴、12：主軸、13：副軸、14：ステッピングモーター、１５：リードスクリュウ、１６：ナット、１６ａ：回り止め、１７：与圧バネ、１８：緩衝材、１９：スポンジ、２０：ゴム、２１：金属、１００：光ピックアップ、２００：光ディスク装置、Ｌ：レーザー光

Claims (7)

1. 光学素子をその光軸方向に移動させるための光学素子送り装置であって、
   前記光学素子が配される可動部材を光軸方向に移動可能に支持する支持手段と、
   ステッピングモーターと、
   前記光軸方向と平行に配置され、前記ステッピングモーターの回転軸の回転によって回転するネジと、
   前記ネジに契合し、回り止め部が設けられ、前記ネジの回転によって前記光軸方向に移動可能な樹脂性のナットと、
   前記可動部材を前記光軸方向に付勢して前記可動部材を前記ナットに当接させるための付勢部材と、を有し、
   前記ナットが前記可動部材と緩衝材によって結合されていることを特徴とする光学素子送り装置。
2. 請求項１記載の光学素子送り装置において、前記ネジが前記ステッピングモーターの回転軸上に直接接続されていることを特徴とする光学素子送り装置。
3. 請求項１又は２記載の光学素子送り装置において、前記緩衝材は、前記ナットの一部と前記可動部材の一部を結合することを特徴とする光学素子送り装置。
4. 請求項３記載の光学素子送り装置において、前記可動部材及び前記ナットの少なくとも一方に、前記緩衝材を溜めておくための凹部又は凸部が形成されていることを特徴とする光学素子送り装置。
5. 請求項1〜４のいずれかに記載の光学素子送り装置において、
   前記回り止め部を除いた前記樹脂製のナットの周りに金属が形成されていることを特徴とする光学素子送り装置。
6. 光学素子をその光軸方向に移動させるための光学素子送り装置であって、
   前記光学素子が配される可動部材を光軸方向に移動可能に支持する支持手段と、
   ステッピングモーターと、
   前記光軸方向と平行に配置され、前記ステッピングモーターの回転軸の回転によって回転するネジと、
   前記ネジに契合し、回り止め部が形成され、前記ネジの回転によって前記光軸方向に移動可能な樹脂製のナットと、
   前記可動部材を前記光軸方向に付勢して前記可動部材を前記ナットに当接させるための付勢部材と、を有し、
   前記ナットの一部が金属で形成されていることを特徴とする光学素子送り装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子送り装置と、
   レーザー光源と、
   前記レーザー光源から放射されたレーザービームを平行光にするコリメーターレンズと、
   前記レーザービームを光ディスク上に集光するための集光レンズと、
   前記光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備える光ピックアップ装置。
   

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