JP3825547B2

JP3825547B2 - 光情報記録再生装置

Info

Publication number: JP3825547B2
Application number: JP30985997A
Authority: JP
Inventors: 博西川; 新平篠崎
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11126348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザダイオードから出射されたレーザ光束を所定の光学系を介して対物光学系に入射させ、その対物光学系からの出射光束により光情報の記録・再生を行う装置の温度特性の改善に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近時、面記録密度が１０Ｇビット/（インチ）²を越える光磁気ディスク装置の開発が進んでいる。この装置では、光磁気ディスクのトラックと交差する方向に例えば回動する粗動用アームの先端部に設けた対物光学系に対するレーザ光束の入射角をガルボミラー等の偏向手段により微調整して、微動トラッキングを例えば０.３４μmと狭いトラックピッチレベルで正確に行うようなことが考えられている。ところで、このような装置では光源として使用されるレーザダイオードの温度変化に伴う波長変動に起因して発生する対物光学系のディフォーカスをキャンセルする必要があった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述のような背景に鑑みてなされたものであり、請求項１の発明は、レーザダイオードと、レーザダイオードから出射されたレーザ光束を平行光束に変換するコリメートレンズと、回動することにより、光ディスクの内周／外周に渡るアクセス動作を実行する回動アームの先端に設けられる対物光学系と、コリメートレンズから出射されたレーザ光束を対物光学系に導く所定の光学系と、対物光学系に入射する光束の該対物光学系での入射角を微調整することにより、極微少なトラッキング制御を行う偏向手段と、レーザダイオード周囲温度変化の影響を受けてその波長が変動したときに、この波長変動に起因する前記対物光学系のディフォーカス量が小さくなるように、所定の光学系を熱膨張により光軸方向に移動し得るようにすると共に、その熱膨張を強制的に発生させる加熱手段と、を有し、所定の光学系は、リレーレンズ鏡枠により支持される第１のリレーレンズおよび第２のリレーレンズを有し、加熱手段は、リレーレンズ鏡枠を加熱することにより、リレーレンズ鏡枠に熱膨張を発生させることを特徴とする。
【０００４】
【発明の実施の形態】
まず、近年のコンピューターにまつわるハード，ソフトの進歩に伴う外部記憶装置への要求、特に大記憶容量への要求の高まりに対して提案されたニア・フィールド記録（ＮＦＲ： near field recording）技術と呼ばれる記録再生方式を用いた光磁気ディスク記録再生装置の概要を図１乃至図５を参照して説明する
。
【０００５】
図１はその光ディスク装置の全体概要図である。ディスクドライブ装置１には光ディスク２が図示しないスピンドルモータの回転軸に装着されている。一方、光ディスク２の情報を再生または記録するために回動（粗動）アーム３が光ディスク２の記録面に対して平行になるように取り付けられている。この回動アーム３はボイスコイルモーター４によって回転軸５を回転中心として回動可能となっている。この回動アーム３の光ディスク２に対向する先端には、光学素子を搭載した浮上型光学ヘッド６が搭載されている。また、回動アーム３の回転軸５近傍には光源ユニットおよび受光ユニットを備えた光源モジュール７が配設され、回動アーム３と一体となって駆動する構成となっている。
【０００６】
図２、図３は回動アーム３の先端部を説明するものであり、特に浮上型光学ヘッド６を詳細に説明するものである。浮上型光学ユニット６はフレクシャービーム８に取り付けられており、光ディスク２に対向して配置されている。また、フレクシャービーム８は他端で回動アーム３に固着されており、フレクシャービーム８の弾性力により先端部の浮上光学ユニット６を光ディスク２に接触させる方向に加圧している。
【０００７】
浮上型光学ユニット６は浮上スライダー９，対物レンズ１０，ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１，磁気コイル１２から構成されており、光源モジュール７から出射された平行なレーザー光束１３を光ディスク２上に収束させるはたらきをする。また、回動アーム３の先端部には前記レーザー光束１３を浮上型光学ユニット６に導くために立ち上げミラー３１が固着されている。立ち上げミラー３１により対物レンズ１０に入射したレーザー光束１３は、対物レンズ１０の屈折作用により収束される。この集光点近傍にはソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１が配置されており、前記収束光を更に微細なエバネッセント光１５として光ディスク２に照射させる。
【０００８】
また、光ディスク２に面したソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１の周囲には、光磁気記録方式で記録するための磁気コイル１２が形成されており、記録時には必要な磁界を光ディスク２の記録面上に印加出来るようになっている。このエバネッセント光１５と磁気コイル１２により、光ディスク２への高密度な記録および再生が可能となる。なお、浮上型光学ユニット６は光ディスク２の回転による空気流により微小量浮上するものであり、光ディスク２の面振れ等に追従する。このため従来の光ディスク装置では必要であった対物レンズの焦点制御（フォーカスサーボ）が不要となっている。
【０００９】
以下、図４，図５を用いて回動アーム３上に搭載された光源モジュール７および浮上型光学ユニット６へ導かれる光束に関し詳細に説明する。回動アーム３は先端部に浮上型光学ユニット６を搭載し、他端にはボイスコイルモーター４を駆動するための駆動コイル１６が固着されている。駆動コイル１６は扁平状のコイルであり、図示せぬ磁気回路内に空隙をおいて挿入配置されている。回転軸５と回動アーム３はベアリング１７，１７により回動自在に締結されており、駆動コイルに電流を印加すると磁気回路との電磁作用により回転軸５を回転中心として回動アーム３を回動させることができる。
【００１０】
回動アーム３上に搭載された光源モジュール７には半導体レーザー１８，レーザー駆動回路１９，コリメートレンズ２０，複合プリズムアッセイ２１，レーザーパワーモニターセンサー２２，反射プリズム２３，データ検出センサー２４，およびトラッキング検出センサー２５が配置されている。半導体レーザー１８から放出された発散光束状態のレーザー光束は、コリメートレンズ２０によって平行光束に変換される。この平行光束の断面形状は半導体レーザー１８の特性から長円状であり、光ビームを光ディスク２上に微小に絞り込むには都合が悪いため略円形断面に変換する必要がある。このためコリメートレンズ２０から出射された断面長円状の平行光束を、複合プリズムアッセイ２１に入射させることにより平行光束の断面形状を整形する。
【００１１】
複合プリズムアッセイ２１の入射面２１ａは入射光軸に対して所定の斜面を形成しており、入射光を屈折させることにより平行光束の断面形状を長円形状から略円形形状に整形することが出来る。整形されたレーザー光束は複合プリズムアッセイ２１内を進み第１のハーフミラー面２１ｂに入射する。第１のハーフミラー面２１ｂは光ディスク２から得られた情報を、データ検出センサー２４，およびトラッキング検出センサー２５に導くために設定されているが、往路においては半導体レーザー１８から出射されたレーザーの出力パワーを検出するためのレーザーパワーモニターセンサー２２への光束を分離する役目を果たす。
【００１２】
レーザーパワーモニターセンサー２２は受光した光の強度に比例した電流を出力するため、図示せぬレーザーパワーコントロール回路にこの出力を帰還させることにより半導体レーザー１８の出力を安定化させることが出来る。複合プリズムアッセイ２１から出射された略円形断面形状をもったレーザー光束１３は偏向ミラー２６に照射され、レーザー光束１３の進行方向が変えられる。この偏向ミラー２６は紙面に垂直な軸を回動中心とするガルバノモーター２７に取り付いており、レーザー光束１３を紙面に平行な方向に微小角度振ることが出来るようになっている。
【００１３】
また、ガルバノモーター２７には偏向ミラー２６の回転角度を検出する偏向ミラー位置検出センサー２８が配設されている。偏向ミラー２６を反射したレーザー光束１３は、第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ（イメージングレンズ）３０を経て、立ち上げミラー３１で反射後浮上型光学ユニット６に至る。この第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ３０は、偏向ミラー２６の反射面と浮上型光学ユニット６に配置されている対物レンズ１０の瞳面（主平面）との関係を共役関係になるようにするもので、リレーレンズ光学系を形成するものである。すなわち光ディスク２上の集光ビームが所定のトラックから僅かにずれた場合、偏向ミラー２６を僅かに回転させることにより対物レンズ１０に入射させるレーザー光束１３を傾かせ、光ディスク２上の焦点を移動させて補正するものである。しかしながら、この方式で焦点の補正を行う時、偏向ミラー２６と対物レンズ１０の光学的距離が長い場合は、対物レンズ１０へ入射するレーザー光束１３の移動量が大きくなり、対物レンズ１０に入射出来なくなる場合がある。
【００１４】
この様な現象を回避するため、第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ３０によって、偏向ミラー２６の反射面と対物レンズ１０の瞳面との関係を共役関係になるように設定し、偏向ミラー２６が回動しても対物レンズ１０に入射するレーザー光束１３は移動せず、正確なトラッキング制御が可能となるようにしている。なお、光ディスク２の内周／外周に渡るアクセス動作は、ボイスコイルモーター４により回動アーム３を回動させて行い、極微小なトラッキング制御のみ偏向ミラー２６を回動させて行う。
【００１５】
光ディスク２から反射されて戻ってきた復路のレーザー光束１３は、往路と逆に進み偏向ミラー２６に反射されて複合プリズムアッセイ２１に入射する。その後第１のハーフミラー面２１ｂで反射され、第２のハーフミラー面２１ｃに向かう。第２のハーフミラー面２１ｃは、トラッキング検出センサー２５へ向かう透過光と、データ検出センサー２４へ向かう反射光を生成し、復路のレーザー光束を分離する。第２のハーフミラー面２１ｃを透過したレーザー光束はトラッキング検出センサー２５へ照射され、トラッキング誤差信号を出力する。
【００１６】
一方、第２のハーフミラー面２１ｃで反射されたレーザー光束はウォラストンプリズム３２により偏光分離され、かつ集光レンズ３３によって収束光に変換後、反射プリズム２３で反射されてデータ検出センサー２４に照射される。データ検出センサー２４は２つの受光領域をもっており、ウォラストンプリズム３２により偏光分離された２つの偏光ビームをそれぞれ受光することにより、光ディスク２に記録されているデータ情報を読みとりデータ信号を出力する。なお、正確には前記トラッキング誤差信号およびデータ信号は図示せぬヘッドアンプ回路によって生成され、制御回路または情報処理回路に送られるものである。
【００１７】
半導体レーザー１８の温度変化により出力ビームの波長が変動することが知られている。上記のディスクドライブ装置１では、浮上型光学ユニット６を採用しているために、光ディスク６の情報記録面とソリッドイマージョンレンズ（SIL）１１および対物レンズ１０との位置関係は常に一定となっている。一方、光学系を通過する光束の波長が変動するとレンズの焦点距離が変わるため、対物光学系のディフォーカスが発生する。
このため、本実施の形態においては、熱膨張が可能な部材にレンズを取り付け、さらにその熱膨張が可能な部材を強制的に加熱することにより、波長変動に起因する対物光学系のディフォーカスを抑えている。
【００１８】
前述のように、回動アーム３には、偏向ミラー２６の回動中心Ｏ１と対物レンズ１０との間に、アフォーカル光学系となるようレンズ間隔を定められた第１および第２のリレーレンズ２９、３０が配置されている。図６に示すように、これら第１および第２のリレーレンズ２９、３０は電熱線付リレーレンズ鏡筒５０に支持された状態で回動アーム３に取り付けられている。なお、第１および第２のリレーレンズとして夫々焦点距離ｆｒ、ｆｉのレンズが用いられている（ｆｒ＞０、ｆｉ＞０である）。第１のリレーレンズ２９の偏向ミラー２６側主平面Ｓ５と偏向ミラー２６の回動中心Ｏ１間の距離はｆｒであり、第１のリレーレンズ２９の対物レンズ側主平面Ｓ６と第２のリレーレンズ３０の偏向ミラー２６側主平面Ｓ３と間の距離はｆｉ＋ｆｒで、第１のリレーレンズ２９の焦点位置と第２のリレーレンズの焦点位置を一致させたアフォーカル系となっている。リレーレンズ３０の対物レンズ側主平面Ｓ４と対物レンズ１０の前側主平面Ｓ１間の距離はｆｉである。すなわち、偏向ミラー２６の回動中心Ｏ１と対物レンズ１０の前側主平面Ｓ１とは共役の関係にある。なお、偏向ミラー２６の回動角θ１と、それによる光路の変位θ２との関係は、θ２＝θ１×２であり、回転方向は同一である。また、θ２とθ３との関係は、θ３＝θ２×ｆｒ／ｆｉである。θ２とθ３の方向は逆方向である。
【００１９】
また、回動アーム３の半導体レーザー１８近傍には、図６に示すように、温度センサー６０が設けられている。温度センサー６０により光学系の温度を測定し、前もって測定された（あるいは、シュミレーションされた）、もしくは、実際の信号強度のフィードバックを用い（この場合温度センサーは不要にすることも可能）光学系の焦点位置移動を推定し（あるいは測定し）、それを補正すべく第１及び第２のリレーレンズ２９、３０を回動アーム３に固定しているリレーレンズ鏡枠５０の周囲に巻かれた電熱線（コイル）５０Ｃをコントローラー電源１００からの電流によって駆動することにより温度付加し、リレーレンズ２９、３０の間隔を制御して、対物光学系（対物レンズ１０およびソリッドイマージョンレンズ１１）で集光されるスポットが常に光ディスクの情報記録面で集光されるようにする。
なお、図６においては、図面を簡略化するため、立ち上げミラー３１、ソリッドイマージョンレンズ１１を省略してある。
【００２０】
前述のように、主として温度変化により、半導体レーザー１８の発振波長変動が変動する。この場合、発振波長の変化は温度変化に比例することが知られている。したがって、装置の温度上昇に従って半導体レーザー１８の発振波長が長くなる。これに加えて、本ディスクドライブ装置のように書き込み可能な装置の場合、書き込みの為に瞬時にハイパワーを出力することがあるため、半導体レーザー１８だけが一時的に周囲に対して高温になることがある。
【００２１】
半導体レーザー１８から射出されるレーザービームの波長は、次のように表すことができる。
λ＝Ｃ1・ｔ＋λ0 ・・・(1)
λ＝Ｃ1・ｔ＋λ0＋Ｃ2 ・・・(2)
ここで、式(1)は、通常の発振波長、式(2)はハイパワー時の発振波長であり、
λ :半導体レーザー１８の発振波長、
Ｃ1 :温度上昇に対する比例係数、
λ0 :定数(動作最低温度での発振波長)、
Ｃ2 :ハイパワーによる発振波長変動量、
ｔ :動作最低温度からの温度上昇
である。
温度変動による波長変動は次のように表される。
Δλ＝Ｃ1×ｔ・・・(3)
ハイパワー時の波長変動は次のように表される。
Δλ＝Ｃ1×ｔ＋Ｃ2 ・・・(4)
【００２２】
また、一枚玉レンズの焦点距離は次式にて表される。
1/f = (n - 1) (1/r1 - 1/r2) + (n - 1)² d/(n r1 r2) ・・・(5)
ここで、
f :レンズの焦点距離
n :レンズの屈折率
r1 :レンズ第一面の曲率半径
r2 :レンズ第二面の曲率半径
d :レンズ中心肉厚
である。
【００２３】
レンズ焦点距離には温度依存性及び波長依存性があり、その原因は、レンズ材料（硝材）の物性に起因する。その物性は
A.線膨張による形状変化
B.屈折率変化
に分けられる。A.は波長変化には依存せず、温度変化のみに依存する。B.は温度・波長ともに依存する。
【００２４】
波長依存による屈折率変化は、次式により表される。
n = A0 + A1・λ² + A2・λ^-2 + A3・λ^-4
+ A4・λ^-6 + A5・λ^-8 ・・・(6)
ここで、A0〜A5 は分散式の常数である。
【００２５】
線膨張係数をα、屈折率の温度依存変化部分をβ、屈折率の波長変化依存変化部分をγとし、簡単のためレンズを薄肉レンズとして考え、(6)に(1)を代入してγを求める。
γ(t) = A0 + A1 (C1 t + λ0)² + A2 (C1 t + λ0)^-2
+ A3 (C1 t + λ0)^-4 + A4 (C1 t + λ0)^-6
+ A5 (C1 t + λ0)^-8 ・・・(7)
また、線膨張によるレンズの曲率半径変化は、次式にて表される。
r1 = r10 + α r10 t ・・・(8)
r2 = r20 + α r20 t ・・・(9)
(5)式のdに0を代入して、以下の式(10)、(11)を得る。
1 / f = (n - 1) (1/r1 - 1/r2) ・・・(10)
1 / f(t) = (n0 + βt + γ(t) - 1) (1 / r10 - 1 / r20) / (1+α t)
・・・(11)
ここで、
n0 :動作最低温度での屈折率
r10 :動作最低温度での第一面の曲率半径
r20 :動作最低温度での第二面の曲率半径
である。
【００２６】
以上から、温度変動によるレンズの焦点距離移動は(12)式で表される。
Δf = f(t) - f(0)より、
Δf = (αn0 t - αt - βt - γ(t)) / (n0 - 1 + βt + γ(t)) / f(0)・・・(12)
ここで、(12)式は上記条件の下での入射光の波長変動とレンズの物性変化を複合した式である。
【００２７】
一方、リレーレンズ鏡枠５０に支持される第１および第２のリレーレンズ２９、３０の間隔は、温度変化に応じたリレーレンズ鏡枠５０の伸縮により規定される。
リレーレンズ鏡枠５０を構成する部材は一般に温度変化に比例して伸び縮みし、次式で表される。
ΔＬ = αＬt ・・・(13)
ここで、
ΔＬ :レンズ間隔の伸び
Ｌ :レンズ間隔
である。
【００２８】
次に、焦点距離移動とレンズ間隔移動による焦点位置移動について記載する。以下に示す式においては、第１のリレーレンズ２９の特性を表わす記号にはr、イメージングレンズ（第２のリレーレンズ）３０の特性を表わす記号にはiを付して表現する。
【００２９】
イメージレンズ通過後の光が温度上昇に連れて収束していく条件は、次のように表される。
ΔＬri - Δfr - Δfi > 0 ・・・(14)
ここで、
ΔＬri：第１のリレーレンズ２９とイメージングレンズ３０の距離（主点間の距離）の変化量
Δfr：第１のリレーレンズ２９の焦点距離の変化量
Δfi：第２のリレーレンズ３０の焦点距離の変化量
である。
【００３０】
上記の式（１４）が満たされるようにすることで、周囲温度変化に伴う対物レンズのデフォーカス量を減少させることができる。従って、この条件を満たすように、リレーレンズ支持鏡枠５０の材質を選定し、かつコイル５０Ｃに供給する電流を調整することにより、周囲温度変化に伴う対物光学系のデフォーカス量を減少させることができる。
【００３１】
なお、第１および第２のリレーレンズ２９、３０は、例えば、その焦点距離fr、fiが、
fr＝fi＝１６mm
であり、温度変化による光軸方向の収束位置移動量Δfr、Δfiが
Δfr＝Δfi＝0.076μm／℃
で表される材質を選定し、
リレーレンズ支持鏡枠５０として、
ΔＬri＝0.83μm／℃
のマグネシウム合金、あるいは
ΔＬri＝0.75μm／℃
のアルミニウム合金を用いることができる。
【発明の効果】
本発明によれば、光磁気ディスクのトラックと交差する方向に移動する粗動用アームの先端部に設けた対物光学系に対するレーザ光束の入射角をガルボミラー等の偏向手段により微調整して、微動トラッキングを狭いトラックピッチレベルで正確に行う場合に、光源として使用されるレーザダイオードの温度変化に伴う波長変動に起因して発生する対物光学系のディフォーカスをキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の光磁気ディスク装置の基本構成を示す図である。
【図２】回動アームの先端部を示す図である。
【図３】浮上型光学ユニットを示す断面図である。
【図４】偏向ミラーと浮上型光学ユニットを示す平面図である。
【図５】回動アームの側断面図である。
【図６】リレーレンズ支持鏡枠の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２光ディスク
３回動アーム
６浮上型光学ユニット
８フレクシャー
２６偏向ミラー
５０リレーレンズ支持鏡枠
６０温度センサー

Claims

レーザダイオードと、
前記レーザダイオードから出射されたレーザ光束を平行光束に変換するコリメートレンズと、
回動することにより光ディスクの内周／外周に渡るアクセス動作を実行する回動アームの先端に設けられる対物光学系と、
前記コリメートレンズから出射されたレーザ光束を前記対物光学系に導く所定の光学系と、
前記対物光学系に入射する光束の該対物光学系での入射角を微調整することにより、極微少なトラッキング制御を行う偏向手段と、
前記レーザダイオード周囲温度変化の影響を受けてその波長が変動したときに、この波長変動に起因する前記対物光学系のディフォーカス量が小さくなるように、前記所定の光学系を熱膨張により光軸方向に移動し得るようにすると共に、その熱膨張を強制的に発生させる加熱手段と、を有し、
前記所定の光学系は、リレーレンズ鏡枠により支持される第１のリレーレンズおよび第２のリレーレンズを有し、
前記加熱手段は、前記リレーレンズ鏡枠を加熱することにより、前記リレーレンズ鏡枠に前記熱膨張を発生させることを特徴とする光情報記録再生装置。
請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズは、以下の条件（１４）、
ΔＬ ri −Δ fr −Δ fi ＞ 0 ・・・（１４）
ここで、ΔＬ ri は第１のリレーレンズと第２のリレーレンズの距離（主点間の距離）の変化量を、
Δ fr は第１のリレーレンズの焦点距離の変化量を、
Δ fi は第２のリレーレンズの焦点距離の変化量を、それぞれ示す。
を満たすように構成されていることを特徴とする光情報記録再生装置。