JP4009743B2

JP4009743B2 - 光ピックアップ

Info

Publication number: JP4009743B2
Application number: JP2000158404A
Authority: JP
Inventors: 正樹廣居
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2020-05-29
Also published as: JP2001344788A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ，ＤＶＤなどの光ディスクに対して記録／再生する光ピックアップを駆動する光ピックアップ・アクチュエータに係り、特にディスク記録面に対する対物レンズの光軸の傾きを調整するチルト調整に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報記憶装置に用いられる一般的な光ディスクとして、ＣＤあるいはＤＶＤがある。この内、ＤＶＤは、ＣＤに比べ記録密度が高いため、情報を読み書きするときの条件が厳しくなっている。
【０００３】
例えば光ピックアップの光軸は光ディスクの記録面に対して垂直であることが理想であるが、実際にはディスクが樹脂製のために、かなりのうねりを持っており、光ディスクを回転させると光ピックアップの光軸が光ディスクの記録面に対して常に垂直ではなくなり、傾きを持つようになる（以下、チルトと表現する）。
【０００４】
また、光ディスクは、図１４（ａ）に示すＣＤの光入射の状態、図１４（ｂ）に示すＤＶＤの光入射の状態のように、ＣＤ，ＤＶＤ共に記録層１０１ａ，１０１ｂが樹脂層１０２ａ，１０２ｂを介して設けられているため、実線で示すようにチルトが生じると、対物レンズ１０３ａ，１０３ｂにより記録層１０１ａ，１０１ｂに光スポット１０４ａ，１０４ｂとして集光される光ビームの光路が曲げられ、記録層１０１ａ，１０１ｂ上に所定の状態に絞れなくなり、光スポット１０４ａ，１０４ｂにコマ収差が発生する。この収差が許容される量よりも大きくなると、光ピックアップにおいて正しく読み書きができなくなるという不具合が生じる。
【０００５】
チルトの影響を減少させるため、対物レンズ１０３ａ，１０３ｂと記録層１０１ａ，１０１ｂの間の樹脂層１０２ａ，１０２ｂを薄くすることがある。実際に図１４（ｂ）に示すＤＶＤが図１４（ａ）に示すＣＤに比較して、樹脂層１０２ａ，１０２ｂが略半分であるのは、チルト減少を目的にしたものである。
【０００６】
しかし、樹脂層を薄くすることにより、チルトを減少させるためには、ＤＶＤよりもさらに高密度記録をしようとした場合には、樹脂層をさらに薄くして、チルトの影響を少なくすることになるが、樹脂層を薄くすることによりディスク上にゴミあるいは傷が付いた場合、信号が正しく読み書きできなくなるという不具合が生じやすくなる。このため、対物レンズをフォーカシング方向，トラッキング方向に駆動するアクチュエータによって、対物レンズの光軸を傾けることによりチルト調整を行っているのが現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
またチルト調整を行う方法として、例えば特開平７−６５３９７号公報に記載されているように、対物レンズホルダに、アクチュエータを構成するトラッキング用コイルとフォーカシング用コイルの他にチルト用コイルを設け、磁石との電磁作用によって、光ビームの光軸の傾きを補正しチルト調整を行う構成のものがある。しかし、この構成であると、どうしてもアクチュエータ自体が大きく、かつ重くなり（電磁駆動部が２箇所）、薄型化あるいは高速応答に対しては不利になる。
【０００８】
また、特開平９−５０６３７号公報に記載されているように、アクチュエータをアーム手段と駆動手段とを兼ねる圧電モバイル素子により支持し、圧電モバイル素子の変形動作により、チルト調整を行う構成のものがある。しかし、この構成であると、圧電モバイル素子がアーム手段を兼ねるため、圧電モバイル素子に対してアクチュエータの全荷重が加わり、高負荷駆動になり、高速応答に対して不利である。
【０００９】
さらに、特開平１０−７９１３５号公報に記載されているように、液晶板を用いて位相制御することにより光ディスク上の光スポットのコマ収差を補正する構成のものがある。しかし、この構成では、光スポットとして集光されるレーザ光が液晶板を通過するため光量が減少し、情報書き込みに必要なエネルギを得ることが困難である。また、液晶の特性から、特にタンジェンシャル方向のチルト制御に要求される高周波動作に適用することは難しい構成であるといえる。
【００１０】
本発明の目的は、情報を読み書きするときに不具合を生じさせるチルトの影響を、従来のアクチュエータの構成を大幅に変えることなく解決できるようにした光ピックアップ・アクチュエータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、光ディスクに対して記録／再生を行うため光スポットを集光する光ピックアップにおいて、対物レンズと、前記対物レンズを保持する板ばね材からなるレンズ保持部材とブロック体とからなるレンズホルダと、立壁を有するキャリッジと、前記立壁に回動可能に取り付けられた固定ブロックと、前記固定ブロックに一端が固定され、他端が前記レンズホルダに固定されて前記レンズホルダを支持する複数のワイヤと、前記レンズホルダの前記レンズ保持部材に一端が固定され、他端が前記レンズホルダの前記ブロック体に固定された圧電材および板ばねからなる一対の圧電素子とを有し、前記固定ブロックの回転軸の中心軸線の延長線上に前記対物レンズの主点を配すると共に、前記延長線を挟んで対称に前記一対の圧電素子を配したことを特徴とし、この構成によって、駆動手段を圧電材と板ばねとからなる圧電素子にて構成したため、従来のアクチュエータの構成を大きく変更することなく、駆動手段を配置することができる。また、回転軸における中心の延長線上に対物レンズの主点を配設したことにより、光学的な軸ずれが少なく、光の入射角が変化するだけの理想的なチルト補正に近い補正が可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光ピックアップにおいて、キャリッジに一端が固定され、他端が固定ブロックに固定された一対の圧電素子を設け、該圧電素子に電圧を印加することにより固定ブロックを立壁に対して回動させることを特徴とし、この構成によって、固定ブロックを立壁に対して回動させる駆動手段の構成が簡単になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１実施形態を説明するための光ピックアップを示す斜視図、図２は図１の光ピックアップの要部の平面図、図３は図１の光ピックアップの要部の正面図であり、図示されている各方向は、Ｘ方向＝タンジェンシャル方向，Ｙ方向＝ラジアル方向＝トラッキング方向，Ｚ方向＝フォーカシング方向としている。
【００２６】
図１〜図３において、１は、図示しない光ディスクに対して光スポットを照射するために、入射するレーザ光を集光する対物レンズ、２は対物レンズ１を保持するレンズホルダであり、このレンズホルダ２には、図示しない磁石とヨークが挿入されて公知のような電磁回路が構成される空間部３が形成されており、レンズホルダ２は、電磁回路の電磁力を受けてフォーカシング方向Ｚとトラッキング方向Ｙとにそれぞれ平行移動が可能であるように、側部が複数（本例では一側に各２本）のワイヤ４にて固定ブロック５に保持されている。
【００２７】
レンズホルダ２は、平面視略長方形をなし、ワイヤ４を介して固定ブロック５にて保持されている側とは反対側において対物レンズ１を保持しており、この対物レンズ１の下方から公知のようにレーザ光が入射する。
【００２８】
図３に示すように、Ｙ方向へシーク移動可能なキャリッジ６上に立設された保持部材である立壁６ａにチルト用回転軸７の一端が保持されており、このチルト用回転軸７が固定ブロック５の中央部に遊嵌されて、固定ブロック５がチルト用回転軸７の軸線を中心にラジアル方向Ｙに回動可能に保持されている。また、チルト用回転軸７の軸線Ｌの延長線上に対物レンズ１の主点Ｏが配されている。
【００２９】
レンズホルダ５の上側と下側には、それぞれ一対の上側のチルト駆動手段８ａと下側のチルト駆動手段８ｂがＸ方向に延在するように設置されている。各チルト駆動手段８ａ，８ｂは、タンジェンシャル・チルトさせるための駆動源である一対の長い圧電素子９ａ，９ｂを備えている。
【００３０】
図４は圧電素子の一般的な構成の説明図であり、図４に示すように、基本的には一対の圧電材１０が板ばね１１を挟持する構成であり、圧電材１０の表面、および板ばね１１部分に電圧を加えることにより、先端がＺ方向に変位（ΔＺ）する構成のものである。本実施形態では、圧電素子９ａ，９ｂは、図３に示すように、圧電材１０ａ，１０ｂと板ばね１１ａ，１１ｂとからなっている。
【００３１】
前記上側のチルト駆動手段８ａは、その一端がレンズホルダ２における固定ブロック５側の上部ブロック１２に固定され、他端が対物レンズ１を保持する環状のレンズ保持部材１３に連結している。また、下側のチルト駆動手段８ｂは、その一端がキャリッジ６上のブロック体１４に固定され、他端が作用点Ａとなる固定ブロック５の下端部に固定されている。
【００３２】
レンズ保持部材１３は、板ばね材にて形成されており、Ｙ方向に延出してレンズ回転中心Ｍを回転軸として対物レンズ１を傾けるための一対の回転軸部１３ａと、レンズホルダ２上のレンズ支持ブロック１５に固定される固定部１３ｂとが一体に設けられている。
【００３３】
前記各上側のチルト駆動手段８ａにおける板ばね１１ａの先端１１ａ′は、回転軸部１３ａからずらせて、かつ対物レンズ１の主点Ｏに対して点対称のレンズ保持部材１３部分（作用点Ｂ）に連結しており、上側のチルト駆動手段８ａの圧電素子９ａに電圧が印加されて、それぞれ反対方向に歪むことにより、対物レンズ１が、回転軸部１３ａを回動軸としてタンジェンシャル方向Ｘにチルトすることができるようになっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、上側のチルト駆動手段８ａにおける板ばね１１ａと、レンズ保持部材１３とは同じ板ばね材料により形成されている。
【００３５】
また前記各下側のチルト駆動手段８ｂの圧電素子９ｂに電圧が印加されて、それぞれ反対方向に歪むことにより、固定ブロック５が、チルト用回転軸７を中心としてＹ方向に回動する。固定ブロック５の回動を受けてワイヤ４を介してレンズホルダ２がＹ方向へ回動し、このため、対物レンズ１に対するラジアル方向Ｙへのチルトが行われることになる。
【００３６】
前記チルト調整のとき、チルト用回転軸７の中心軸線Ｌの延長線上に対物レンズ１の主点Ｏが配されているため、チルト調整によって前記主点Ｏの位置ずれが少ない。また、レンズホルダ２などの重量がチルト用回転軸７を介してキャリッジ６に支承されているため、チルト調整の駆動源である圧電素子９ｂの変位はレンズホルダ２などの重量の影響を直接受けずに、効率良くチルト調整を行うことができる。
【００３７】
図５は本発明の第２実施形態を説明するための光ピックアップを示す斜視図である。なお、以下の説明において、図１〜図３にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、対物レンズ１をタンジェンシャル方向Ｘに回動可能に支持する支持構造１６にある。
【００３８】
図６は第２実施形態における対物レンズの正面図、図７は第２実施形態の対物レンズの平面図であり、この対物レンズ１において、１ａは光学的に利用される部分、１ｂは対物レンズ１を製作するときに必要な枠部分あるいはレンズを固定するときに必要な固定部分、１ｃは回転軸用の突起であって円錐状形をしている。
【００３９】
突起１ｃの形状は円筒状でも球形でもよく、また、対物レンズ１と一体的成形されても、別体にして後工程で突起部分を取り付けるようにしてもよい。また、突起１ｃの材料はレンズと同じ材質でもよく、セラミックスあるいは金属でもよい。さらに、突起１ｃの表面に耐摩耗膜を形成したり、耐摩耗物質を塗布することも考えられる。
【００４０】
図８は第２実施形態におけるアクチュエータフレームであるレンズホルダにおけるレンズ搭載部分を示す平面図、図９は図８のレンズ搭載部分の正面図であり、２ａは対物レンズ１が配設される透孔、２ｂは対物レンズ１を搭載したときに対物レンズ１の回転軸用の突起１ｃを押さえる手段を搭載するための部分、２ｃは対物レンズ１の回転軸用の突起１ｃを受けるための受け部であり、受け部２ｃは、図示したように、対物レンズ１におけるＹ方向の回転中心Ｍの延長線に回動支点Ｓが存在するように、対物レンズ１の光軸に対して対称の位置に、それぞれ相対向させて設置され、各表面は球状形をしている。
【００４１】
受け部２ｃは、レンズホルダ２を構成するフレームに一体成形してもよいし、別体のものを後工程で取り付けるようにしてもよい。また、受け部２ｃの材料としてはフレームと同じ材質、あるいはセラミックス，金属でもよい。さらに、受け部２ｃの表面に耐摩耗膜が形成したり、耐摩耗物質を塗布することも考えられる。
【００４２】
図１０は図６〜図９に部材を組み付けた状態を示す平面図、図１１は図６〜図９に部材を組み付けた状態を示す正面図であり、対物レンズ１の回転軸用の突起１ｃは受け部２ｃに搭載されている。このとき回転軸用の突起１ｃは円錐形であり、かつ受け部２ｃが球状であるため、相互間の接触は点接触になっている。
【００４３】
また、図１０，図１１において、１７は回転軸用の突起１ｃを受け部２ｃに押圧させる予圧用の板ばねであり、この板ばね１７における回転軸用の突起１ｃを押圧する側の面は半円筒状１７ａであって、板ばね１７と回転軸用の突起１ｃとの間の接触が点接触となる。
【００４４】
このように、点接触になる構造にしているため摩擦による負荷はほとんどなく、対物レンズ１は、図５に示す円弧状矢印のように、回転軸用の突起１ｃを中心として、円滑にタンジェンシャル方向Ｘにチルトすることが可能となる。
【００４５】
なお、回転軸用の突起１ｃと受け部２ｃとを線接触するような構成にすることも考えられる。
【００４６】
図１２は本発明の第３実施形態を説明するための光ピックアップを示す平面図、図１３は第３実施形態の光ピックアップの正面図であり、２０は、Ｙ軸を回転軸としたチルト方向（タンジェンシャル方向）に自由度を持ち、対物レンズ１を保持するレンズ保持部材である板ばね部材であって、板ばね部材２０には、タンジェンシャル・チルト用の回転軸部２０ａと、レンズホルダ２の上面部に固定される固定部２０ｂと、電極対向面部２０ｃとが一体に形成されている。また板ばね部材２０の材料としては、ベリリウム銅あるいはステンレス材のような導電材を用いる。
【００４７】
２１ａ〜２１ｄは、板ばね部材２０の電極対向面部２０ｃに対向させて、レンズホルダ２上に設置されたタンジェンシャル・チルト駆動手段である静電電極であり、対物レンズ１の光軸Ｄを対称基準として、Ｘ，Ｙ方向における対称位置にそれぞれ（本例では４個）設置されており、後述するように対物レンズ１をタンジェンシャル方向Ｘにチルトさせる。
【００４８】
２２ａ，２２ｂは、導電材からなる固定ブロック５の下面に対向させて、キャリッジ６上に設置されたラジアル・チルト駆動手段である静電電極であり、対物レンズ１の光軸Ｄを対称基準として、Ｙ方向における対称位置にそれぞれ（本例では２個）設置されており、後述するようにレンズホルダ２および対物レンズ１をラジアル方向Ｙにチルトさせる。
【００４９】
すなわち、板ばね部材２０の各回転軸部２０ａを中央に対向している静電電極２１ａと２１ｂ、および静電電極２１ｃと２１ｄの電極グループにおいて、例えば静電電極２１ａと静電電極２１ｂとに交互に電圧をかけることにより、静電電極２１ａおよび静電電極２１ｂと、これらに対向する板ばね部材２０の電極対向面部２０ｃとの間に交互に静電引力が働き、対物レンズ１がＸ方向に傾くことになる。例えば静電電極２１ａに電圧を加えたときには、静電電極２１ａと対向する電極対向面部２０ｃとの間に静電引力が発生し、その電極対向面部２０ｃが静電電極２１ａ側に引きつけられ、回転軸部２０ａを中心として、対物レンズ１が図１３においては反時計方向に傾く。
【００５０】
同様に、静電電極２１ｂに電圧を加えたときには、静電電極２１ｂと対向する電極対向面部２０ｃとの間に静電引力が発生し、その電極対向面部２０ｃが静電電極２１ｂ側に引きつけられ、回転軸部２０ａを軸として、対物レンズ１が図１３においては時計方向に傾く。
【００５１】
静電電極２１ａ，２１ｂの電極グループと反対側に設置された静電電極２１ｃ，２１ｄの電極グループにおいても、前記と同様な静電引力を発生させることによってタンジェンシャル方向Ｘにおけるチルト調整が行われる。
【００５２】
また、静電電極２２ａと静電電極２２ｂに交互に電圧を加えることにより、静電電極２２ａと静電電極２２ｂと、これらに対向する導電材からなる固定ブロック５との間に交互に静電引力が働き、対物レンズ１がＹ方向に傾く。例えば静電電極２２ａに電圧を加えたときには、静電電極２２aと対向する固定ブロック５との間に静電引力が発生し、固定ブロック５が静電電極２２ａ側に引きつけられ、チルト用回転軸７を中心として、図１２においては静電電極２２ａ側の固定ブロック５が図面に向かって奥側に傾く。
【００５３】
同様に、静電電極２２ｂに電圧を加えたときには、静電電極２２ｂと対向する固定ブロック５との間に静電引力が発生し、固定ブロック５が静電電極２２ｂ側に引きつけられ、チルト用回転軸７を中心として、図１２においては静電電極２２ｂ側の固定ブロック５が図面に向かって奥側に傾く。
【００５４】
固定ブロック５が前記のように傾くことによって、対物レンズ１をラジアル方向Ｙにチルト調整することが可能になる。
【００５５】
なお、第３実施形態における静電電極２１ａ〜２１ｄ，２２ａ，２２ｂは、設置面よりも突出した状態で図示しているが、設置面と同一面あるいは埋め込まれた状態にしてもよい。
【００５６】
なお、前記実施形態では、圧電素子を圧電材に板ばねをサンドイッチしたバイモルフ構造として説明したが、圧電素子としては、圧電材１枚と板ばね１枚を張り合わせたユニモルフ構造でもよく、圧電素子と板ばねを数枚張り合わせた積層バイモルフでもよい。さらに共振対策を施した共振抑圧構造を持つものでもよい。
【００５７】
また、板ばね、あるいは板ばね部材の材料としては、ベリリウム銅あるいはステンレス材のような導電材を用いるが、部位によってはＰＥＴ樹脂フィルムなどの絶縁体を用いてもよい。
【００５８】
以上のように、本実施形態によれば、従来のフォーカシング，トラッキングアクチュエータの構成、および構造的なスペースをほとんど変えることなく、タンジェンシャル，トラッキング方向のチルト動作が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動手段を圧電材と板ばねとからなる圧電素子にて構成したため、従来のアクチュエータの構成を大きく変更することなく、駆動手段を配置することができ、また、固定ブロックの回転軸の中心軸線の延長線上に対物レンズの主点が配されているため、チルト調整によって主点の位置ずれが生じることが少なく、さらに、レンズホルダなどの重量が回転軸を介してキャリッジに支承されているため、チルト調整の駆動源である圧電素子の変位はレンズホルダなどの重量の影響を直接受けずに、効率良くチルト調整を行うことができる光ピックアップを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための光ピックアップを示す斜視図
【図２】本発明の第１実施形態の光ピックアップの要部の平面図
【図３】本発明の第１実施形態の光ピックアップの要部の正面図
【図４】圧電素子の一般的な構成の説明図
【図５】本発明の第２実施形態を説明するための光ピックアップを示す斜視図
【図６】本発明の第２実施形態における対物レンズの正面図
【図７】本発明の第２実施形態における対物レンズの平面図
【図８】本発明の第２実施形態におけるアクチュエータフレームであるレンズホルダにおけるレンズ搭載部分を示す平面図
【図９】本発明の第２実施形態におけるアクチュエータフレームであるレンズホルダにおけるレンズ搭載部分の正面図
【図１０】図６〜図９に示した各部材を組み付けた状態を示す平面図
【図１１】図６〜図９に示した各部材を組み付けた状態を示す正面図
【図１２】本発明の第３実施形態を説明するための光ピックアップを示す平面図
【図１３】本発明の第３実施形態の光ピックアップの正面図
【図１４】（ａ）はＣＤの光入射の状態の説明図、（ｂ）はＤＶＤの光入射の状態の説明図
【符号の説明】
１対物レンズ
１ｃ回転軸用の突起
２レンズホルダ
２ｃ受け部
４ワイヤ
５固定ブロック
６キャリッジ
７チルト用回転軸
８ａ，８ｂチルト駆動手段
９ａ，９ｂ圧電素子
１０ａ，１０ｂ圧電材
１１ａ，１１ｂ板ばね
１３レンズ保持部材
１３ａ回転軸部
１３ｂ固定部
２０板ばね部材
２０ａタンジェンシャル・チルト用の回転軸
２０ｃ電極対向面部
２１ａ〜２１ｄ，２２ａ，２２ｂ静電電極
Ｏ対物レンズ１の主点

Claims

光ディスクに対して記録／再生を行うため光スポットを集光する光ピックアップにおいて、
対物レンズと、前記対物レンズを保持する板ばね材からなるレンズ保持部材とブロック体とからなるレンズホルダと、立壁を有するキャリッジと、前記立壁に回動可能に取り付けられた固定ブロックと、前記固定ブロックに一端が固定され、他端が前記レンズホルダに固定されて前記レンズホルダを支持する複数のワイヤと、前記レンズホルダの前記レンズ保持部材に一端が固定され、他端が前記レンズホルダの前記ブロック体に固定された圧電材および板ばねからなる一対の圧電素子とを有し、前記固定ブロックの回転軸の中心軸線の延長線上に前記対物レンズの主点を配すると共に、前記延長線を挟んで対称に前記一対の圧電素子を配したことを特徴とする光ピックアップ。
前記キャリッジに一端が固定され、他端が前記固定ブロックに固定された一対の圧電素子を設け、該圧電素子に電圧を印加することにより前記固定ブロックを前記立壁に対して回動させることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。