JP2694972B2

JP2694972B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2694972B2
Application number: JP63174474A
Authority: JP
Inventors: 昇小宮
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH0223546A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は光記録・再生装置に用いられる浮動型光ヘッ
ド装置に関するものである。

従来の技術従来、光記録・再生装置に用いられる光ヘッドは、高
速で回転する光ディスク面が振れたり、偏心したりする
ため、常に集束レンズにはウォーカシング駆動系とトラ
ッキング駆動系とを具備させていた。すなわち、第９図
はその一般的な光ヘッドの斜視図を示しており、101は
集束レンズ、102はその支持部であり、この支持部102に
アーム103が固定され、その光に集束レンズ101が取り付
けられている。104はフォーカシングコイルで、光ディ
スクのそり、曲り、回転中の振れなどによる焦点ずれを
なくすためフォーカシング駆動方向107で動作するよう
になっている。また、105はトラッキングコイル、106は
永久磁石である。そしてトラッキング駆動方向108で動
作し、光ディスク面に追従するようにしている。また、
第10図は他の一例でカンチレバーを用いた駆動系の斜視
図を示しており、109は弾性体支持部、110は板ばね、11
1は弾性体支持部109と一体化されたレバーである。そし
て、トラッキングコイル105は集束レンズ101の鏡筒側部
に装置され、光軸に平行なコイル線部には、近くに棒磁
石（図示されていない）を置いて磁界112を作用させ、
フォーカシング駆動方向107と磁界112′によりトラッキ
ング駆動方向108の駆動力を発生させている。上記は集
束レンズ101とその駆動系について、その構造の一例に
ついて述べたが、光ヘッドの全体は、第11図の光路図に
示すように、形状・重量とも大きくなる欠点があった。
すなわち、113は半導体レーザー、114は半導体レーザー
113からの光を平行光線にするコリメータレンズ、また1
15は楕円率を改善するためのプリズム、そして116は偏
光プリズムで２個の直角プリズムのどちらか一方の斜面
に偏光膜をほどこしたのち斜面を接着て立方体としたも
ので、117は1/4波長板である。そして、集束レンズ101
はフォーカシングコイル104とトラッキングコイル115に
より光ディスク123に記録された信号に対し、光ディス
ク信号記録面から集束レンズ101の第２主点迄の距離ｌ
で追従するようになっている。さらに、光ディスク123
の信号記録面より反射されたレーザー光は、集束レンズ
101、1/4波長板117および偏光プリズム116を通過し、受
光レンズ118に達し集束される。そのとき半透明プリズ
ム119によりレーザー光は２分割され、半透明プリズム1
19を通過したレーザー光はシリンドリカルレンズ120を
通り、フォーカシング用ホトダイオード121に達する。
一方、半透明プリズム119で反射されたレーザー光はト
ラッキング用ホトダイオード122に達する構造になって
いる。

発明が解決しようとする課題しかし、上記した従来の光記録再生装置に用いられる
光ヘッドの光学系では、集束レンズの焦点距離が一般的
に4.3mm程度あり、信号記録面から集束レンズのカバー
ガラス面までの距離も大きく1mm位となる。また、コリ
メータレンズでも２枚構成のものが多く用いられてお
り、その焦点距離は14mm前後が一般的である。このよう
に使用されるレンズの焦点距離が定まり、レンズの収差
を除去するためのレンズ構成から光路長が決まり、さら
に光ヘッド装置の大きさ、重量も必然的に決まってく
る。このため従来の構成では、フォーカシング駆動およ
びラジアル方向のトラッキング調整に時間がかかりアク
セス時間を短縮できないという課題があった。

そこで、本発明は上記課題を解消し得る光ヘッド装置
を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段上記課題を解決するため本発明の第１の手段は、光源
から出射された光を導き光ディスクに照射する光学系お
よび光ディスクに記録された情報をピックアップした光
を受光する受光部を備えた光ヘッドと、この光ヘッドを
支持する光ヘッド支持部と、上記光ヘッド側に設けられ
て光ヘッドを浮上させる浮動型スライダーとを備え、上
記光ヘッド支持部側に、上記光ヘッドを光ディスクの表
面から離間する方向に付勢させる第１の付勢手段、およ
び光ディスクの回転時に、上記光ヘッドを光ディスクの
表面側に付勢する第２の付勢手段を設けた光ヘッド装置
である。

また、本発明の第２の手段は、上記第１の手段の光ヘ
ッド装置において、光ディスクの定常回転時に、光ヘッ
ドに働く浮動型スライダーによる浮上力、第１および第
２の付勢手段による各付勢力が互いにほぼ釣り合うよう
に構成したものである。

また、本発明の第３の手段は、上記第１の手段の光ヘ
ッド装置において、光ディスクの静止時において、第１
の付勢手段により光ディスクの表面から離れた第１の位
置に浮動型スライダーが位置するように構成するととも
に、光ディスクの定常回転時において、第２の付勢手段
により光ディスクの表面に近接した第２の位置に浮動型
スライダーが位置するようになし、かつ上記第１の位置
を、第２の位置よりも光ディスク側に接近させたもので
ある。

さらに、本発明の第４の手段は、上記第１ないし第３
の手段のいずれかの光ヘッド装置において、光ヘッド支
持部と浮動型スライダーとの間に、光ヘッドの姿勢を制
御するジンバルを設けたものである。

作用上記第１の手段の構成によると、光ヘッドから対物レ
ンズを駆動する手段を分離することができるので、光ヘ
ッドを小型化・軽量化することができる。したがって、
光ヘッドのフォーカシング駆動等にかかる時間を短くで
き、アクセス時間を短縮することができる。

また、光ヘッド支持部を複数個の付勢手段で付勢する
ことにより、より安定に光ヘッド支持部の制御を行うこ
とができるので、浮動型スライダーが光ディスクに接触
することが殆どなくなり、したがって浮動型スライダー
と光ディスクとの接触により、光ディスクの光の入射面
に傷が入るのを、より高い確率で防止することができ
る。

また、第２の手段の構成によると、定常回転中の光ヘ
ッドの光ディスクに対する相対的な位置を安定に保つこ
とができる。

また、第３の手段の構成によると、光ディスクの静止
時においても、浮動型スライダーが光ディスクに接触し
ないようにすることができる。

さらに、第４の手段の構成によると、光ヘッドの姿勢
を光ディスクの記録面に対して、ほぼ一定にすることが
できるので、所定の情報記録位置に対する光の照射をよ
り容易に行うことができる。

実施例以下、本発明の第１の実施例を第１図〜第３図に基づ
き説明する。

第１図は光学系を示した光路図である。第１図におい
て、１は半導体レーザー、２は非球面フレネルコリメー
タレンズで、半導体レーザー１から発光されるレーザー
光が楕円状となるため、非球面フレネルコリメータレン
ズ２は円形状または楕円状のいずれでも使用可能であ
る。そして、３は半導体レーザー１からのレーザー光の
楕円率を改善するプリズムであり、４は偏光半透明鏡
で、プリズム３に対向している面には反射防止膜をほど
こし、レーザー光の反射防止を少くし、またフォーカシ
ングレンズに対向している面には偏光膜をほどこしてあ
る。次に、５は1/4波長板で光ディスク６に対向する面
に非球面フレネルフォーカシングレンズ駆動系であり、
８はトラッキング駆動系である。さらに光ディスク６の
信号記録面から反射されたレーザー光は非球面フレネル
フォーカシングレンズおよび1/4波長板５を通り、偏光
半透明鏡４により偏光膜に垂直なレーザー光のみ非球面
フレネル光レンズ９に反射される。また、10は非球面フ
レネル受光レンズ９からの光を２分割する半透明鏡で、
一方のレーザー光はフレネルシリンドリカルレンズ11を
経てフォーカシング用ホトダイオード12に達する。さら
に、半透明鏡10で反射されたレーザー光はトラッキング
用ホトダイオード13に達する。

これらの光学系は、レンズを非球面フレネルレンズ化
することにより、それぞれの焦点距離を短かくして、近
軸光線と辺縁光線との焦点位置を合すようにするためフ
ォーカシングスポットがシャープとなり、小型・軽量化
を図ることができると同時に効率の向上をすることがで
きる。

第２図ａは非球面レンズを示しており、また第２図ｂ
は非球面レンズをフレネル化したものを示す。このレン
ズは、ガラス基板上に電子ビームレジストをコーティン
グし、電子ビーム描画装置によりフレネル化して形成さ
れる。すなわち、円または楕円曲線走査後、加工ピッチ
（Ｐ＝Ｐ₁,P₂……Ｐ_n）0.1〜0.3μｍ位で膜厚分布に対
応する露光量分布を与え、現像処理を行いレジストの膜
厚を変化させてフレネルレンズを形成する。この方法で
は、非球面レンズの厚さＴに対し、非球面フレネルレン
ズの厚さｔはガラス基板の厚さおよびレジストによる蔭
膜の厚さであり、Ｔ≫ｔとなる。また、非球面フレネル
フォーカシングレンズが一体化された1/4波長板５の場
合は、一般に1/4波長板は水晶で作られており、水晶基
板上に電子ビームレジストをコーティングして上記と同
様の手順で作ることができる。

さらに、第３図はフレネルシリンドリカルレンズを示
しており、このレンズはフォーカシング信号を取り出し
時点収差を発生させる目的で用いられる。すなわち、非
球面レンズでは、電子ビーム描画装置により円または楕
円曲線走査したのに対し、フレネルシリンドリカルレン
ズでは、電子ビーム描画装置の平行移動により中心線に
対し対称的にレジストの膜厚を変えることにより形成さ
れる。

上記構成によると、光学系の中でレンズを非球面フレ
ネル化することにより短焦点距離化し、しかも偏光プリ
ズム・半透明プリズムをそれぞれ偏光半透明鏡および半
透明鏡とすることで軽量化を図り、さらに1/4波長板と
フォーカシングレンズを一体化することにより光路長の
短縮および軽量化を実現することにより、光ヘッド装置
としての効率は向上し、全体として小型・軽量化され
る。

次に、他の実施例を第４図〜第８図に基づき説明す
る。

第４図は、浮動スライダー組立体およびスライダー支
持部の分解斜視図であり、各部機能について詳細に説明
する。すなわち、21は浮動スライダーであり、23の光ヘ
ッド組立体と一体化したものが浮動スライダー組立体22
である。この浮動スライダー組立体22はジンバル24を小
ねじ（ジンバル固定中心線CL₂をはさんで対称の位置に
ある。）25により固定されており、さらにこの２本の小
ねじ25の中心線と上記ジンバル固定中心線CL₂とのクロ
スポイントにスライダー支点26が設けられている。ま
た、非磁性材料よりなりアーム27のジンバル固定中心線
CL₂上に設けられた突出部28,28′はジンパル24側に突出
しており、突出部28,28′先端とジンパル24は溶接によ
り固定されている。すなわち、非磁性材料よりなるアー
ム27の先端にあるジンバル固定部は、高速で回転する光
ディスク面に対し光ディスクの回転数が一定でかつ浮動
スライダー21の浮上面面積が一定であれば常に光ディス
ク面に対する浮上量は一定の高さとなり、さらに光ディ
スクのそり、曲り、振れなどに対してはスライダー支点
26を中心に浮動スライダー組立体22の横揺れおよび縦揺
れを防止する方向にジンバル24が働くことになる。この
ため光ディスクの回転時においては、浮動スライダー21
は常に一定量の浮上をし、しかも姿勢は安定することに
なり、集束レンズを固定焦点方式とすることができるた
め、光ヘッド組立体23より焦点調整機構を除去すること
ができ、さらに光ヘッド組立体23の軽量化を図ることが
できるという相乗効果がある。

次に、29は非磁性材よりなる板ばねであり、また30は
アーム中心支持軸である。そして、非磁性の板ばね29の
中心部に中空部分があり、その両端には折曲部31,31′
をもち、光ディスクが静止している状態においては光デ
ィスク面より浮動スライダー21が離れるような付勢力が
働くようになっている。このときのアーム27の支点はア
ーム主軸32が基準となり、アーム主軸32とアーム27は自
由回転し、しかも嵌合精度良く作られている。さらに、
33は上部ベースマウントであり、非磁性板ばね29の一部
を圧着して下部ベースマウント34に取り付けられ一体化
されている。

次に、35は圧電素子よりなる組立体でラジアル方向の
微小トラッキング調整を行う働きをする。このため光ヘ
ッド組立体23の集束レンズよりトラッキング調整機構も
除去できることになる。また、アーム中心支持軸30は永
久磁石により構成されるとともにアーム27に固定されて
おり、板ばね29と接する面は球状面になっており、折曲
部31,31′での折曲に対し、板ばね29の表面を球状面が
スライドする構造となっている。すなわち、板ばね29の
折曲、または圧電素子組立体35の動作に対応して、アー
ム主軸32を基準として板ばね29の表面を球状面が摩擦抵
抗少なく移動するようになっている。また、板ばね29に
設けられたワイヤー押え36は半導体レーザーと受光素子
からのリード線を固定させるためのものである。さら
に、37はカバーであり、その先端部のアーム中心支持軸
30に対応する位置にソレノイド38が固定されている。そ
して、固定ねじ39により、カバー取付用のタップ孔40に
取り付けられる。このとき、アーム中心支持軸30はたと
えば上側の極がＳ、下側の極がＮとなるような永久棒磁
石であり、その棒磁石に対応するソレノイド38のコイル
に通電したとき棒磁石と接する面をＳ極、その対応極を
Ｎ極としたとき、通電していないとき、すなわち光ディ
スク20が回転していないときには浮動スライダー組立体
22は板ばね29の折曲部31の働きにより光ディスク20の面
より離れる方向に力が働くが、光ディスク20が正常回転
してからソレノイド38が働くような遅延回路を設けるこ
とにより、光ディスク20が正常に回転したのち、カバー
37に固定されたソレノイド38のＳ極によりアーム37に取
り付けられている棒磁石が反発し、板ばね29は光ディス
ク20に近づくことになり、浮動スライダー組立体22は光
ディスク20の面上の所定位置に設定可能となる。そし
て、すでに光ディスク20が高速回転しているため、光デ
ィスク20の表面と浮動スライダー21表面との間には空気
の粘性による薄流体層が発生し、一定寸法（光ディスク
20の面より５μｍ以上）に近づくことはできない。これ
は、光ディスク20を形成する材質には、一般的に高分子
材料（多くはポリカーボネート）が用いられており、光
ディスク20の表面に浮動スライダー21が接触した状態で
は高分子材料が軟質であるため、傷が入りやすく、また
浮上量が磁気ディスクのように0.5μｍ以下と小さい場
合には、光ディスク20の表面のそり、曲りによる振れ、
またはほこりなどで浮動スライダー21が接触するのを防
ぐための方策でもある。

第６図は、圧電素子組立体35の一部切欠き斜視図であ
る。圧電素子41は、アーム27の中間部に設けられてお
り、圧電素子41の端面には電極が付けられまたアーム27
との間は樹脂などで接着固定されている。また、42は絶
縁材料、43は伸縮を保持するためのガイド、44は固定ピ
ン、45はリード線溝である。すなわち、圧電素子41のア
ーム27と接する面に電極が設けられ、リード線溝45よ
り、リード線46が取り出されている。そして、圧電素子
41には所定電圧を印加すると、圧電素子41は弾性波を励
起し微動する。一般に、圧電素子の微動範囲は10mmから
10μｍ位であり、光記録・再生方式のトラックピッチは
1.6μｍ位である所から最適の可動範囲が得られること
になる。そして、第３図において一旦伸長した圧電素子
41は、固定ピン44を基準にガイド43の内面にある絶縁材
料42とアーム支点軸側のアーム部27aとの間の摩擦力に
より保持される効果もあり、位置決め終了後はパワーを
必要としない。

第７図は、光ヘッド組立体23の断面拡大図であり、47
は半導体レーザー、48は非球面フレネルコリメータレン
ズであり、49は半導体レーザー47から発光される楕円状
の拡散光、すなわち楕円率を改善するためのプリズム、
50は偏光膜を付した半透明鏡であり、51は1/4波長板で
ある。さらに、52は非球面フレネル集束レンズである。
そして、半導体レーザー47からのレーザー光は光ディス
ク20の信号記録面20aに集束され、反射される。そのレ
ーザー光は非球面フレネル集束レンズ52、1/4波長板51
を通り半透明鏡50により反射され、非球面フレネル受光
レンズ53に達し、さらに受光素子54上に集束する。光ヘ
ッド組立体23に用いられるレンズ、すなわち、コリレー
タレンズ48、集束レンズ52および受光レンズ53は、非球
面レンズをフレネル化したものであり、軽量でしかも短
焦点となっており、しかもシャープに結像することがで
きるため、光路長を短くできる利点がある。さらに半透
明鏡50は、一般には２個の三角プリズムの一方の斜面に
偏光膜を付し立方体状に接着されたものが用いられる
が、本実施例においては、薄い平坦なガラスの一方の面
に偏光膜を付し半透明鏡として使用するもので、著しく
軽量化することが可能となった。

ここで、第８図に種々の浮動スライダー21の形状を示
す。なお、（ａ）（ｂ）（ｃ）は平面図を示し、（ｄ）
（ｅ）（ｆ）はそれぞれの側面図を示す。

すなわち、浮動スライダー21の平面形状は、円形状
（ａ）でもよく、円形の両側部を切断した形状〔（ａ）
の破線で示す〕でもよく、楕円形状（ｂ）でもよく、長
方形状（ｃ）でもよい。また、光ディスク20に対向する
面は、平面でもよいが、（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示すよう
に、Ｒが3000mm以上のシリンドリカル面または球面でも
よい。なお、第８図中、52は集束レンズ、55は浮動スラ
イダー21に形成された姿勢安定用の空気抜け孔である。

上記の構成によると、光ヘッド装置に用いられる各種
レンズを非球面フレネルレンズとし、偏光プリズム、半
透明プリズムをそれぞれ偏光半透明鏡、半透明鏡とする
ことで小型化、軽量化を実現し、さらに小型化、軽量化
されたことから浮動形と光ヘッドを一体化することで光
ディスク面に対する浮上量が一定となるため、光学系を
固定焦点化することが可能となった。また、非球面フレ
ネルレンズを用いることにより、短焦点化することが光
路長は短くできレーザー光の損失も少くなり特性の向上
につながる。さらに光学系のトラッキング駆動機構を光
ヘッド支持装置に設けることにより光ヘッド部はさらに
軽量化される相乗効果が出てくると同時に、従来のよう
に焦点調整、トラッキング調整を集束レンズで行なう必
要がなくなるため、光学系の調整もしやすくなるととも
に光ヘッドとしての信頼性も向上する。

発明の効果以上のように本発明の第１の手段の構成によると、光
ヘッドから対物レンズを駆動する手段を分離することが
できるので、光ヘッドを小型化・軽量化することができ
る。したがって、光ヘッドのフォーカシング駆動等にか
かる時間を短くでき、アクセス時間を短縮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の光ヘッド装置の一実施例を示
すもので、第１図は光学系を示す側面図、第２図（ａ）
および（ｂ）は非球面レンズの側面図およびこれをフレ
ネル化したフレネルレンズの側面図、第３図はフレネル
シリンドリカルレンズの斜視図、第４図〜第８図は本発
明の光ヘッド装置の他の実施例を示すもので、第４図は
光ヘッド装置の分解斜視図、第５図は光ヘッド装置の平
面図、第６図は光ヘッドの支持部の一部切欠斜視図、第
７図は光ヘッド組立体の拡大断面図、第８図（ａ）
（ｂ）（ｃ）および（ｄ）（ｅ）（ｆ）は浮動スライダ
ーの平面図および側面図、第９図および第10図は従来例
の光ヘッド装置の斜視図、第11図は従来例の光ヘッド装
置の光学系を示す側面図である。２……非球面フレネルコリメータレンズ、４……偏光半
透明鏡、５……1/4波長板および非球面フレネルフォー
カシングレンズ、７……フォーカシング駆動系、８トラ
ッキング駆動系、９……非球面フレネル受光レンズ、10
……半透明鏡、11……フレネルシリンドリカルレンズ、
21……浮動スライダー、22……浮動スライダー組立体、
23……光ヘッド組立体、24……ジンバル、27……アー
ム、29……板ばね、35……圧電素子組立体、38……ソレ
ノイド、41……圧電素子、48……非球面フレネルコリメ
ータレンズ、50……半透明鏡、51……1/4波長板、52…
…非球面フレネル集束レンズ、53……非球面フレネル受
光レンズ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射された光を導き光ディスクに
照射する光学系および光ディスクに記録された情報をピ
ックアップした光を受光する受光部を備えた光ヘッド
と、この光ヘッドを支持する光ヘッド支持部と、上記光
ヘッド側に設けられて光ヘッドを浮上させる浮動型スラ
イダーとを備え、上記光ヘッド支持部側に、上記光ヘッ
ドを光ディスクの表面から離間する方向に付勢させる第
１の付勢手段、および光ディスクの回転時に、上記光ヘ
ッドを光ディスクの表面側に付勢する第２の付勢手段を
設けた光ヘッド装置。
【請求項２】光ディスクの定常回転時に、光ヘッドに働
く浮動型スライダーによる浮上力、第１および第２の付
勢手段による各付勢力が互いにほぼ釣り合うように構成
した請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】光ディスクの静止時において、第１の付勢
手段により光ディスクの表面から離れた第１の位置に浮
動型スライダーが位置するように構成するとともに、光
ディスクの定常回転時において、第２の付勢手段により
光ディスクの表面に近接した第２の位置に浮動型スライ
ダーが位置するようになし、かつ上記第１の位置を、第
２の位置よりも光ディスク側に接近させた請求項１に記
載の光ヘッド装置。
【請求項４】光ヘッド支持部と浮動型スライダーとの間
に、光ヘッドの姿勢を制御するジンバルを設けた請求項
１ないし３のいずれかに記載の光ヘッド装置。