JP4139389B2 - コリメート光学系および光情報記憶装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散光束を平行光束に変換するコリメート光学系、および情報記録媒体から光で情報を読み出す光情報記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤ，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ，ＰＤ，ＭＯ，ＭＤ等といった光ディスクを情報記録媒体として用いて情報の読出や記録を光で行う光ディスク装置が、光情報記憶装置の一種として知られており、このような光ディスク装置は、光ディスクが、交換可能、大容量、小型軽量といった特徴を有しているので重要視されている。このような光ディスク装置に代表される光情報記憶装置おける光源としては、一般に、小型で安価なレーザダイオードが用いられるが、このレーザダイオードは拡散光束を発するので、光情報記憶装置には、その拡散光束を平行光束に変換するためにコリメート光学系が組み込まれていることが多い。
【０００３】
現在、将来のデジタルビデオやブロードバンドネットワーク用に、高い信頼性を有するパーソナル記録装置として、大容量の光情報記憶装置の開発が急ピッチで進められている。光情報記憶装置の光源波長を短波長化することや、集光スポットを情報記録媒体上に形成する対物レンズを高ＮＡ化することは、記録再生に用いられる集光スポットの径を縮小して大容量化を実現するための有用な回答である。ところが、短波長化や高ＮＡ化を図ると、環境温度の変化やレーザ出力の切替などに伴う収差が大きくなり、光学的な安定性が低下する。
【０００４】
従来、他の分野では、環境温度の変化に対する光学的な安定性を向上させた光学系がいくつか提案されている（例えば、下記に示す特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４参照。）。
【特許文献１】
特開昭５９−１５２０４号公報
【特許文献２】
特開平８−４３７０２号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９４２８９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１４２６９号公報
しかし、光ディスク装置に代表される光情報記録装置や、その光情報記録装置に組み込まれるコリメート光学系では、温度変化に伴う変化として光源波長の変化やレンズの焦点距離変化も考慮する必要がある上に、温度変化がないときにレーザ出力の切替で生じる光源波長の変化にも対処する必要がある。更に、光ディスク装置のコリメート光学系は小型化が必須であって、構造の単純化や組み立て容易性なども考慮に含まれなければならない。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定した簡素な構造のコリメート光学系、および温度変化と光源出力変化との双方に対して性能が安定した光情報記憶装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明の第１のコリメート光学系は、
ベースと、
ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、
周縁部に張出を有し、ガラスの貼り合わせ構造からなる、光源が発する拡散光束を平行光束に変換する色消しレンズと、
色消しレンズの張出の、光源とは逆の側が接着されて色消しレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１のコリメート光学系では、色消しレンズを備えることにより、温度変化の有無にかかわらず光源波長の変化に対する光学的安定性を確保している。さらに、温度変化に対する光学的安定性を簡素な構造で得るため、色消しレンズの張出の、光源とは逆の側がレンズホルダに接着された構造を採用しており、このような構造によって、色消しレンズの焦点距離変化やベースの膨張収縮や光源波長の変化などといった、温度変化に伴う種々の収差要因を互いに打ち消しあわせている。ガラス製の色消しレンズが用いられている第１のコリメート光学系において打ち消されるべき収差要因はベースの熱伸縮が主であるため、色消しレンズの張出は、光源とは逆の側がレンズホルダに接着されている。
【０００８】
これにより、本発明の第１のコリメート光学系は、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定している。
【０００９】
本発明の第１のコリメート光学系において、上記光源は、青色の光を発するものであることが好適である。
【００１０】
波長が約４５０ｎｍ以下の青色の光に対し、ガラスの屈折率は大きな波長依存性（分散）を示すため、その波長依存性を色消しレンズによって低減することは特に効果的である。
【００１１】
本発明の第１のコリメート光学系において、上記レンズホルダは、光源に近い方を前側としたときに、レンズホルダに色消しレンズの張出が接着されている位置より後側の位置でベースに固定されたものであることが好適である。
【００１２】
レンズホルダがこのように固定されたものであることにより、レンズホルダのレンズ付近は、固定のための付加がなくて温度変化に対して自由に伸縮可能な自由端になっている。第１のコリメート光学系では、打ち消されるべき収差要因はベースの熱伸縮が主であるため、この自由端が、光源に近い「前側」に設けられている。このため、レンズホルダに対する色消しレンズの接着構造だけでは打ち消しきれない収差要因を、レンズホルダについて適切な材料を選択し、適切な寸法に設計することによって打ち消して、温度変化に対する光学的な安定性の精度を向上させることができる。
【００１３】
ここで、上記レンズホルダがベースの線膨張係数以上の線膨張係数を有するものであることが好ましく、さらには、
上記ベースが金属製であり、上記レンズホルダがプラスチック製であることが好ましい。
【００１４】
部材が線膨張する量は線膨張係数と長さで決まり、レンズホルダの自由端の長さは、光源の固定位置からレンズホルダの固定位置までのベースの長さ以下である。このため、ベースの線膨張を打ち消すためには、レンズホルダの材料として、ベースの線膨張係数と同じか、それ以上の線膨張係数を有する材料を選択することが望ましい。
【００１５】
また、一般に、光情報記憶装置は小型化が求められ、コリメータ光学系に与えられるスペースは小さいので、自由端を設けるためのスペースも小さい。プラスチックの線膨張係数は材料によっていろいろ異なるが、一般に金属よりも大きく、１桁上のものも存在する。そこで、レンズホルダの材料としてプラスチックを用いることにより、小さなスペースで収差要因を打ち消すことができる。
【００１６】
上記目的を達成する本発明の第２のコリメート光学系は、
ベースと、
ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、
周縁部に張出を有し、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子も有する、光源が発する拡散光束を平行光束に変換するプラスチックレンズと、
プラスチックレンズの張出の、光源の側が接着されてプラスチックレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２のコリメート光学系では、回折格子が付与されたプラスチックレンズを備えることにより、温度変化の有無にかかわらず光源波長の変化に対する光学的安定性を確保している。さらに、温度変化に対する光学的安定性を簡素な構造で得るため、プラスチックレンズの張出の、光源の側がレンズホルダに接着された構造を採用しており、このような構造によって、プラスチックレンズの焦点距離変化やベースの膨張収縮や光源波長の変化などといった、温度変化に伴う種々の収差要因を互いに打ち消しあわせている。プラスチックレンズとガラスレンズとは、温度変化に伴う焦点距離の伸縮方向が逆であり、プラスチックレンズにおける焦点距離変化の大きさはガラスレンズにおける焦点距離変化の１０倍前後であることから、ベースの膨張収縮に伴うプラスチックレンズの移動に、更に同方向へのレンズ移動が加えられるような構成とする必要がある。このため、第２のコリメート光学系では、プラスチックレンズの張出の光源側がレンズホルダに接着されている。
【００１８】
これにより、本発明の第２のコリメート光学系は、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定している。
【００１９】
本発明の第２のコリメート光学系においても、上記光源は、青色の光を発するものであることが好適である。
【００２０】
波長が約４５０ｎｍ以下の青色の光に対し、プラスチックの屈折率も大きな波長依存性（分散）を示すため、その波長依存性を回折格子によって低減することは特に効果的である。
【００２１】
本発明の第２のコリメート光学系において、上記レンズホルダは、光源に近い方を前側としたときに、プラスチックレンズの張出がレンズホルダに接着されている位置より前側の位置でベースに固定されたものであることが好適である。
【００２２】
この第２のコリメート光学系では、打ち消されるべき収差要因は、温度変化に伴う焦点距離変化が大きいので、自由端が、光源とは逆の「後側」に設けられている。このため、レンズホルダに対するプラスチックレンズの接着構造だけでは打ち消しきれない収差要因を、レンズホルダについて適切な材料を選択し、適切な寸法に設計することによって打ち消して、温度変化に対する光学的な安定性の精度を向上させることができる。
【００２３】
ここで、上記レンズホルダがベースの線膨張係数以上の線膨張係数を有するものであることが好ましく、さらには、
上記ベースが金属製であり、上記レンズホルダがプラスチック製であることが好ましい。
【００２４】
部材が線膨張する量は線膨張係数と長さで決まり、レンズホルダの自由端の長さは、光源からレンズまでの距離程度が限界である。このため、ベース単独による線膨張よりも大きい線膨張を生じさせるためには、レンズホルダの材料として、ベースの線膨張係数と同じか、それ以上の線膨張係数を有する材料を選択することが望ましい。
【００２５】
また、一般に、光情報記憶装置は小型化が求められ、コリメータ光学系に与えられるスペースは小さいので、自由端を設けるためのスペースも小さい。プラスチックの線膨張係数は材料によっていろいろ異なるが、一般に金属よりも大きく、１桁上のものも存在する。そこで、レンズホルダの材料としてプラスチックを用いることにより、小さなスペースで収差要因を打ち消すことができる。
【００２６】
上記目的を達成する本発明の第１の光情報記憶装置は、ベースと、ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、周縁部に張出を有し、ガラスの貼り合わせ構造からなる、光源が発する拡散光束を平行光束に変換する色消しレンズと、色消しレンズの張出の、光源とは逆の側が接着されて該色消しレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたコリメート光学系と、
コリメート光学系によって得られた平行光束を導いて、情報が記録された情報記録媒体上に集光する集光光学系と、
集光光学系によって情報記録媒体上に集光され、情報記録媒体によって反射された反射光を用いて、その情報記録媒体に記録された情報を再生する再生部とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、上記目的を達成する本発明の第２の光情報記憶装置は、ベースと、ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、周縁部に張出を有し、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子も有する、光源が発する拡散光束を平行光束に変換するプラスチックレンズと、プラスチックレンズの張出の、光源の側が接着されてプラスチックレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたコリメート光学系と、
コリメート光学系によって得られた平行光束を導いて、情報が記録された情報記録媒体上に集光する集光光学系と、
集光光学系によって情報記録媒体上に集光され、情報記録媒体によって反射された反射光を用いて、その情報記録媒体に記録された情報を再生する再生部とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
なお、本発明にいう光情報記憶装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう光情報記憶装置には、上記の基本形態のみではなく、前述したコリメート光学系の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の第１および第２の光情報記憶装置において、コリメート光学系は、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定しており、集光光学系が高ＮＡであっても、情報記録媒体上に光が集光された集光スポットが安定するので、本発明の第１および第２の光情報記憶装置は、温度変化と光源出力変化との双方に対して性能が安定しており、光ディスクに対する高品質な記録や再生が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明のコリメート光学系の各実施形態が組み込まれる光情報記憶装置の一例を示す外観斜視図である。
【００３２】
ここで例示する光情報記憶装置に、本発明のコリメート光学系の、後述する各実施形態が組み込まれることにより、本発明の光情報記憶装置の各実施形態が得られる。
【００３３】
ここに例示した光情報記憶装置１００は、光磁気（ＭＯ）ディスクを記録媒体として用いるＭＯ装置であり、この光情報記憶装置１００には、光情報記憶装置１００の土台となるアルミニウム合金製のドライブベース１１０が備えられており、ドライブベース１１０は、４個の防振ゴム１２０（図２参照）を介してフレーム１３０に取り付けられている。また、ドライブベース１１０には、トップカバー１４０およびボトムカバー１５０（図２参照）がそれぞれねじ止めされている。
【００３４】
フレーム１３０には、フロントパネル１６０が取り付けられており、このフロントパネル１６０には、本発明にいう情報記録媒体の一例である円盤状の光ディスクを内蔵した光ディスクカートリッジが光情報記憶装置１００に挿入されるための挿入口１６１が設けられている。
【００３５】
光情報記憶装置１００の、フロントパネル１６０が取り付けられた前端に対する後端には、光情報記憶装置１００をコンピュータ等といった機器と電気的に接続するためのコネクタ１７０が搭載されている。
【００３６】
図２は、図１に示す光情報記憶装置の分解斜視図である。
【００３７】
ドライブベース１１０には、光ディスクを保持して回転させるスピンドルモータ１８０が搭載されている。
【００３８】
また、このドライブベース１１０には、光ディスクの半径方向に移動自在な移動光学アセンブリ１９０と、ドライブベース１１０に固定される固定光学アセンブリ２００とからなる光学ヘッドが搭載され、固定光学アセンブリ２００は、ドライブベース１１０の裏面側に固定される。また、固定光学アセンブリ２００には、後述するプリント配線板２１０と電気的に接続するためのコネクタ２０１が備えられている。
【００３９】
この図２には、永久磁石をスライドさせることによって、光ディスクに印加されるバイアス磁界をオンオフするバイアス磁石アセンブリ２２１と、光ディスクカートリッジのシャッタを開閉する開閉アーム２２２が備えられた光ディスクカートリッジローディングアセンブリ２２０が示されており、この光ディスクカートリッジローディングアセンブリ２２０は、ドライブベース１１０の表面側にねじ止め固定される。光ディスクカートリッジローディングアセンブリ２２０の表面側には絶縁シート２３０が搭載され、絶縁シート２３０の外周部には、密封性を高めることによって光ディスクに粉塵が付着することを防止するシール部材２３１が装着されている。
【００４０】
また、この図２には、固定光学アセンブリ２００のコネクタ２０１と接続するためのコネクタ２１１と、外部機器と電気的に接続するためのコネクタ１７０が搭載され、光学ヘッドの駆動を制御する駆動制御回路等が含まれるプリント配線板２１０の裏面側が示されており、このプリント配線板２１０は、プリント配線板２１０のコネクタ２１１と固定光学アセンブリ２００のコネクタ２０１が互いに接続されるように絶縁シート２３０の上からドライブベース１１０に搭載されドライブベース１１０にねじ止め固定される。
【００４１】
さらに、ドライブベース１１０には、トップカバー１４０がプリント配線板２１０の上からねじ止め固定され、ドライブベース１１０の背面側にはボトムカバー１５０がねじ止め固定される。最後に、ドライブベースは、防振ゴム１２０を介してフレーム１３０に取り付けられる。
【００４２】
図３は、固定光学アセンブリと移動光学アセンブリとの配置関係を示す斜視図であり、ドライブベースは図示を省略されている。
【００４３】
固定光学アセンブリ２００には、情報の読み書きに用いられるレーザ光を発生する、本発明にいう光源の一例であるレーザダイオード１２と、光ディスク２４０が反射した光に含まれている、光ディスク２４０に記憶されている情報に応じた信号を検出する光検出器２０３と、情報を記憶する場所として光ディスク上に設けられている同心円状のトラックに対する集光スポットのずれを検出するための光検出器２０４と、集光スポットのフォーカスのずれを検出するための光検出器２０５が取り付けられている。
【００４４】
移動光学アセンブリ１９０は、一対の磁気回路２５０によって駆動され、一対のガイドレール２６０に沿って光ディスク２４０の半径方向に移動する。移動光学アセンブリ１９０には、対物レンズ３００の位置を微調整することによって、集光スポットのフォーカスを調整するとともに集光スポットをトラック上に位置させるアクチュエータが内蔵されている。また、移動光学アセンブリ１９０には、断面が四角形の筒口１９２が設けられており、固定光学アセンブリ２００のレーザダイオード１２によって発せられ後述するように平行光にされたレーザ光がこの筒口１９２から移動光学アセンブリ１９０内に入る。また、光ディスク２４０が反射した光がこの筒口１９２から固定光学アセンブリ２００に戻る。さらに、移動光学アセンブリ１９０には、筒口１９２から入ったレーザ光を対物レンズ３００に入射させる立ち上げミラーも内蔵されている。
【００４５】
図４は、固定光学アセンブリの内部構造を示す斜視図である。
【００４６】
固定光学アセンブリ２００には、図３に示す移動光学アセンブリ１９０の筒口１９２に対応する筒口２０６が設けられており、その筒口２０６の奥に偏光ビームスプリッタ２８０が配置されている。
【００４７】
レーザダイオード１２から発せられるレーザ光は拡散光であり、固定光学アセンブリ２００のベース１１に穿たれた孔の中に後述するように組み込まれているコリメートレンズによって平行光に変換される。また、このレーザ光の光束は断面が楕円形の光束であり、このため、レーザダイオード１２は、偏光ビームスプリッタ２８０にレーザ光が入射する方向に対して斜めに配置され、レーザダイオード１２によって発せられコリメートレンズによって平行光に変換されたレーザ光が、図示を省略したプリズムによって屈折されることによって断面が円形の光束に変形され、その後、偏光ビームスプリッタ２８０に入射される。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ２８０を素通りしたレーザ光は筒口２０６を通って移動光学アセンブリ１９０へと渡り、移動光学アセンブリ１９０から戻ってきた光の一部は、偏光ビームスプリッタ２８０によって図４の左上方へと反射される。
【００４９】
固定光学アセンブリ２００の中央部には、ビームスプリッタ３１０，３４０や検光子３２０等が配置されており、偏光ビームスプリッタ２８０によって図の左上方へと反射された光は、これらのビームスプリッタ３１０，３４０や検光子３２０等を通り、固定光学アセンブリ２００の枠に穿たれた穴２０７，２０８，２０９を通って各光検出器に到達する。
【００５０】
ここで、コリメート光学系の比較例とその問題点について説明し、その後、本発明のコリメート光学系の各実施形態について説明する。
【００５１】
図５は、コリメート光学系の比較例を表す斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、および断面図（Ｃ）である。
【００５２】
コリメート光学系は、アルミ製のベース１と、拡散光束を発するレーザダイオード２と、ＢＫ７（硝材の一種）の単一材料からなるガラスモールドレンズであるコリメータレンズ３と、アルミよりも線膨張係数の小さい真鍮系材料が用いられた筒状のレンズホルダ４と、板バネ５で構成されている。但し、図５のパート（Ａ）の斜視図と、図５のパート（Ｂ）の正面図ではレーザダイオード２が取り外された状態が示されている。以下の説明では、レーザダイオード２を各部材などの方向の基準として用いて、レーザダイオード２に近い側を前側と称し、レーザダイオード２から遠い側を後側と称する。コリメータレンズ３には、周縁に張出（コバ部）が設けられており、このコバ部の前側がレンズホルダ４に接着されることによりコリメータレンズ３はレンズホルダ４に保持されている。また、レンズホルダ４はベース１に対し、板ばね５によって押しつけられて固定されており、レンズホルダ４の最前部から最後部まで、位置調整用の凹部を除いてほぼ全域に亘り、線接触で押しつけられている。このため、板ばね５の中心線付近が最も高い圧力となっている。このような固定方法が採用されていることにより、コリメータレンズ３が温度変化に伴って移動する移動量は最小限度に抑えられているが、コリメータレンズ３自体にも負荷がかかる構造になっている。
【００５３】
ここで、この図５に示す構造のコリメート光学系が、ＮＡが０．５５の対物レンズを有する光情報記憶装置に適用されていて、レーザダイオード２の波長が６８５ｎｍである場合（以下、この場合を「赤色低ＮＡ」と表現する）を前提とし、コリメートレンズの屈折率の波長依存性やコリメート光学系の熱伸長に起因して対物レンズの集光点上で生じる波面収差について検討する。ここでは、波面収差として、摂氏２０度の常温から摂氏６０度の高温に環境温度が変わった場合に生じる温度変化時波面収差と、情報再生動作から情報記録動作にスイッチした瞬間に、５ｍＷから５０ｍＷに発光量が変化することによる光源波長変動に伴って発生する過渡応答時波面収差とを想定する。ここで、過渡応答時とは、情報記録動作にスイッチしてレーザダイオード２の発光パワーが増えて光源波長がのびることにより焦点ぼけが起きた瞬間を表している。
【００５４】
対物レンズが理想レンズで、コリメータレンズ３は焦点距離が５ｍｍの両面非球面レンズと仮定すると、対物レンズの集光点上で生じる色収差は０．０３μｍ／ｎｍである。また、ベース１の熱伸縮については、図４などに示す固定光学アセンブリの構造を前提として伸縮量を算出する。これらを総合すると、温度変化時波面収差としては１３ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は８ｎｍ）、過渡応答時波面収差としては９ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は３ｎｍ）の波面収差が生じる。
【００５５】
「赤色低ＮＡ」の場合には、図５に示す構造のコリメート光学系であっても、温度変化時と過渡応答時との双方について波面収差が１５ｍλｒｍｓを下回っているため、対物レンズによるスポットピーク強度低下量も１％未満であり、コリメート光学系や光情報記憶装置に求められる能力としては十分な能力が得られる。このような、「赤色低ＮＡ」の場合に対して、大容量化のため、レーザダイオード２として光源波長が４０５ｎｍの青色レーザダイオードを用いた「青色低ＮＡ」の場合における波面収差を検討すると、コリメータレンズの焦点距離が同じであると仮定してレンズ面形状・厚さを最適設計としても、対物レンズの集光点上で生じる色収差は、「赤色低ＮＡ」の場合の約４倍の０．１３２μｍ／ｎｍに増大し、これにより、温度変化時波面収差としては６ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は３ｎｍ）、過渡応答時波面収差としては２２ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は１ｎｍ）の波面収差が生じる。
【００５６】
このように「青色低ＮＡ」の場合には、過渡応答時波面収差は２０ｍλｒｍｓを超えており、コリメート光学系や情報記憶装置に求められる能力を満たさない。これは、コリメータレンズを構成するＢＫ７における屈折率の波長変動が６６０ｎｍ帯よりも４００ｎｍ帯ほうがはるかに大きくなっていることに起因している。
【００５７】
図６は、屈折率の波長変動を表すグラフである。
【００５８】
この図６の横軸は波長を示し、縦軸は屈折率を示している。６６０ｎｍ帯ではグラフの曲線Ｌがほぼ水平であるのに対して、４００ｎｍ帯では曲線Ｌが大きな傾きを示している。従って、４００ｎｍ帯では、光源の波長が少しだけ変化しても大きな波面収差を生じる原因となる。この図６に示すような波長変動の傾向は、ＢＫ７に限らず、多くの光学材料について共通する傾向である。
【００５９】
このような屈折率の波長変動に起因して、上述したように、「青色低ＮＡ」の場合における過渡応答時波面収差は２０ｍλｒｍｓを超えるが、温度変化時波面収差については、波長変動の増加と、温度変化時の光源波長変動の低下とがバランスして、「赤色低ＮＡ」の場合よりも波面収差が減少している。
【００６０】
ここでさらに、ＮＡ０．８５の対物レンズを用いた「青色高ＮＡ」の場合における波面収差を検討すると、対物レンズの集光点上で生じる色収差は０．０４６μｍ／ｎｍとなって更に劣化する。この結果、温度変化時波面収差は６ｍλｒｍｓ、過渡応答時波面収差は２６ｍλｒｍｓとなる。
【００６１】
ここで、コリメート光学系の光源としてレーザダイオード２に青色レーザダイオードを用いることによって生じる、上述したような大きな過渡応答時波面収差を抑えるために、コリメータレンズ３に替えて、市販の顕微鏡レンズで用いられているような、複数のガラスを接合して色収差を抑えた色消しレンズを用いることが考えられる。しかし、その場合には、温度変化時波面収差が３６ｍλｒｍｓという大きな値となり、コリメート光学系や情報記憶装置の能力が更に低下する。
【００６２】
過渡応答時波面収差を抑えるためには、入射側か射出側のいずれかに、格子のピッチを適切に設計した回折格子を成形することによって色収差を押さえた回折格子付きプラスチックレンズを用いることも考えられる。理論的には、このような回折格子付きプラスチックレンズでは、色収差を限りなく０に近づけることができる。しかし、レンズ材料がプラスチックであるため、熱膨張率および屈折率の温度係数が大きく、摂氏２０度から６０度まで温度が変わると、ガラスレンズとは逆に焦点距離が１０μｍ以上伸びることになる。この結果、温度変化時波面収差は５９ｍλｒｍｓもの大きな値となり、色消しレンズを用いる場合よりもさらに大きい。
【００６３】
以上、整理すると、大容量化のために青色レーザダイオードや高ＮＡの対物レンズを採用すると系の色収差による記録時（パワー変更時）の波面収差劣化が問題になり、コリメート光学系の色収差を色消しレンズなどで低減させると、環境温度の変化に対する特性マージンが不足することが問題になる。なお、パワー変更時の波面収差劣化は、１０ｎｓｅｃ未満という極めて短い時間間隔内に高速に生じる現象であるので、対物レンズの動的制御などで対処することは不可能である。
【００６４】
比較例で発生するこのような問題を解決する本発明の具体的な実施形態について以下説明する。
【００６５】
図７は、本発明のコリメート光学系の第１実施形態を表す斜視図（Ａ）、および断面図（Ｂ）である。
【００６６】
この図７に示す第１実施形態は、固定光学アセンブリのアルミ製のベース１１と、そのベース１１に固定され、波長が４０５ｎｍの青色拡散光を発するレーザダイオード１２と、レーザダイオード１２が発する拡散光束を平行光束に変換するコリメータレンズとしての機能を担う色消しレンズ１３と、色消しレンズ１３を保持するアルミ製のレンズホルダ１４と、レンズホルダ１４をベース１１に固定する板バネ１５とで構成されている。
【００６７】
第１実施形態の説明でも、レーザダイオード１２を各部材などの方向の基準として用いて、レーザダイオード１２に近い側を前側と称し、レーザダイオード１２から遠い側を後側と称する。
【００６８】
色消しレンズ１３は、屈折率１．７１４８２の凸レンズと屈折率１．７４１７３の凹レンズとが接合された２群レンズ構造によって、４００ｎｍ帯で等価的な屈折率の分散がほぼ０となっており、５ｍｍの焦点距離を有する。色消しレンズ１３のコリメータレンズとしての作動距離は３．３７３３６４ｍｍであり、レーザダイオード１２の発光点から色消しレンズ１３の前側の表面までの距離は３．６２３３６４ｍｍとなっている。この色消しレンズ１３の周縁には張出（コバ部）１３ａが設けられており、この第１実施形態では、上記の比較例とは逆に、コバ部１３ａの後側がレンズホルダ１４に接着されることによって色消しレンズ１３がレンズホルダ１４に保持されている。また、レンズホルダ１４は、色消しレンズ１３が接着されている部分よりも後側でベース１１に固定されており、熱伸縮が自由な１．８５ｍｍの自由端１４ａが設けられている。
【００６９】
第１実施形態における波面収差を、対物レンズがＮＡ０．８５である場合について算出すると、色消しレンズ１３が備えられているため、対物レンズの集光点上で生じる色収差は、０．００８μｍ／ｎｍという極めて小さい収差となっており、過渡応答時波面収差も５ｍλｒｍｓという小さい収差に抑えられている。
【００７０】
一方、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化する場合について検討すると、アルミ製のベース１１の熱膨張は、レーザダイオード１２と色消しレンズ１３との間の距離を延ばすように作用する。これに対し、色消しレンズ１３はコバ部１３ａの後側がレンズホルダ１４に接着されているので、色消しレンズ１３自体の熱膨張は、レーザダイオード１２と色消しレンズ１３との間の距離を縮めるように作用する。さらに、２群レンズ構造を有する色消しレンズ１３は、単一材料のレンズと比較して焦点距離の温度変化が小さい。これらの作用をあわせると、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化するときの波面収差は、比較例のコリメートレンズを単に色消しレンズに置き換えた時に生じる３６ｍλｒｍｓという温度変化時波面収差よりも小さな波面収差に抑えられるが、第１実施形態では、温度変化時波面収差をさらに小さく抑えるために、レンズホルダ１４に自由端１４ａが設けられている。
【００７１】
第１実施形態では、ベース１１とレンズホルダ１４とが双方ともアルミ製であるが、ベース１１の熱伸縮が周辺構造などによって制限されるのに対し、自由端１４ａは自由に熱伸縮することができる。このため、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化するときには、ベース１１は約２．１５μｍ伸長するが、長さ１．８５ｍｍの自由端１４ａはアルミの一般的な線膨張係数２４×１０-6／℃できれいに伸長して、１．８５×（６０−２０）×２４×１０-6＝１．７７６μｍだけ色消しレンズ１３を前方に移動させる。このような自由端１４ａの作用も上記作用に併せると、温度変化時波面収差は１５ｍλ未満に低減される。
【００７２】
このように、図７に示す第１実施形態では、簡素かつコンパクトな構造によって、過渡応答時と温度変化時との双方において波面収差が１５ｍλ未満に抑えられる。このため、光源波長が４５０ｎｍ以下の、レンズ材料の屈折率分散が大きな光を用いる場合であっても、摂氏２０度〜６０度の温度範囲、かつ、５０ｍＷ以下の出力範囲において最高時に近い性能を発揮することができ、高い信頼性を有する大容量の光情報記憶装置が得られる。
【００７３】
図８は、本発明のコリメート光学系の第２実施形態を表す斜視図（Ａ）、および断面図（Ｂ）である。
【００７４】
この図８に示す第２実施形態は、第１実施形態の色消しレンズ１３およびレンズホルダ１４に替えて、プラスチックレンズ２３およびレンズホルダ２４を備えており、第１実施形態と同様に、ベース１１とレーザダイオード１２と板バネ１５とを備えている。
【００７５】
第２実施形態の説明でも、レーザダイオード１２を各部材などの方向の基準として用いて、レーザダイオード１２に近い側を前側と称し、レーザダイオード１２から遠い側を後側と称する。
【００７６】
プラスチックレンズ２３の周縁にも張出（コバ部）２３ａが設けられており、第２実施形態では、コバ部２３ａの前側がレンズホルダ２４に接着されることによってプラスチックレンズ２３がレンズホルダ２４に保持されている。また、プラスチックレンズ２３には、入射面と出射面の双方に、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子２３ｂが設けられており、４００ｎｍ帯では、光の波長変化に関わらず焦点距離がほぼ常に５ｍｍとなっている。またレーザダイオード１２の発光点からプラスチックレンズ２３の前側の表面までの距離は３．６６８ｍｍとなっている。
【００７７】
レンズホルダ２４は、線膨張係数が６×１０-5のプラスチック樹脂で作成されており、プラスチックレンズ２３が接着されている部分よりも前側でベース１１に固定され、熱伸縮が自由な１．６５ｍｍの自由端２４ａが設けられている。
【００７８】
ここで、第１実施形態と同様に波面収差を、対物レンズがＮＡ０．８５である場合について算出すると、回折格子２３ｂ付のプラスチックレンズ２３が用いられているために、過渡応答時波面収差は５ｍλｒｍｓという小さい収差に抑えられている。
【００７９】
一方、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化する場合について検討すると、この第２実施形態では、プラスチックレンズ２３の線膨張係数が６×１０-5／℃であり、ガラスの約１００倍であるため、プラスチックレンズ２３の熱膨張によって焦点距離が１０μｍ以上伸びる。このため、第２実施形態では、プラスチックレンズ２３のコバ部２３ａの前側がレンズホルダ２４に接着されており、プラスチックレンズ２３自体が焦点距離変化を打ち消す方向に熱膨張によって移動する。この作用により温度変化時波面収差は、比較例のコリメートレンズを単に回折格子付プラスチックレンズに置き換えた時に生じる５９ｍλｒｍｓという温度変化時波面収差よりも小さな波面収差に抑えられるが、第２実施形態では、温度変化時波面収差をさらに小さく抑えるために、レンズホルダ２４に自由端２４ａが設けられている。
【００８０】
この自由端２４ａは、第１実施形態とは逆に、熱膨張によってレーザダイオード１２とプラスチックレンズ２３との距離を広げるように作用する。レンズホルダ２４は線膨張係数が６×１０-5のプラスチック樹脂で構成されているので、１．６５ｍｍという短い自由端２４ａであっても、きれいに熱伸縮した場合には、摂氏２０度から摂氏６０度への温度変化に対して１．６５×（６０−２０）×６０×１０-5＝３．９６μｍという大きな伸長を示し、温度変化時波面収差は１５ｍλｒｍｓ未満となる。
【００８１】
このように、第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、簡素かつコンパクトな構造で、過渡応答時と温度変化時との双方において波面収差が１５ｍλ未満に抑えられる。このため、光源波長が４５０ｎｍ以下の、レンズ材料の屈折率分散が大きな光を用いる場合であっても、摂氏２０度〜６０度の温度範囲、かつ、５０ｍＷ以下の出力範囲において最高時に近い性能を発揮することができ、高い信頼性を有する大容量の光情報記憶装置が得られる。
【００８２】
なお、上記説明では、本発明にいう色消しレンズの一例として、２群レンズ構造の色消しレンズが示されているが、本発明にいう色消しレンズは、３群以上のレンズの貼り合わせ構造を有するものであってもよい。
【００８３】
また、上記説明では、本発明にいうプラスチックレンズの一例として、入射面と出射面の双方に回折格子が設けられたプラスチックレンズが示されているが、本発明にいうプラスチックレンズは、入射面と出射面とのうち一方だけに回折格子が設けられたものであってもよい。
【００８４】
また、上記説明では、本発明にいうレンズホルダの一例として筒状のレンズホルダが示されているが、本発明にいうレンズホルダは、レンズの張出が接着されてレンズを保持するものであればよく、筒状のものには限定されない。
【００８５】
また、上記説明では、本発明にいうベースの一例としてアルミ製のベースが示されているが、本発明にいうベースは、アルミ以外の金属製であってもよく、あるいはセラミックスなどといった非金属製であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明のコリメート光学系の各実施形態が組み込まれる光情報記憶装置を示す外観斜視図である。
【図２】図２は、光情報記憶装置の分解斜視図である。
【図３】図３は、固定光学アセンブリと移動光学アセンブリとの配置関係を示す斜視図であり、ドライブベースは図示を省略されている。
【図４】図４は、固定光学アセンブリの内部構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、コリメート光学系の比較例を表す図である。
【図６】図６は、屈折率の波長変動を表すグラフである。
【図７】図７は、本発明のコリメート光学系の第１実施形態を表す図である。
【図８】図８は、本発明のコリメート光学系の第２実施形態を表す図である。
【０００１】
本発明は、拡散光束を平行光束に変換するコリメート光学系、および情報記録媒体から光で情報を読み出す光情報記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤ，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ，ＰＤ，ＭＯ，ＭＤ等といった光ディスクを情報記録媒体として用いて情報の読出や記録を光で行う光ディスク装置が、光情報記憶装置の一種として知られており、このような光ディスク装置は、光ディスクが、交換可能、大容量、小型軽量といった特徴を有しているので重要視されている。このような光ディスク装置に代表される光情報記憶装置おける光源としては、一般に、小型で安価なレーザダイオードが用いられるが、このレーザダイオードは拡散光束を発するので、光情報記憶装置には、その拡散光束を平行光束に変換するためにコリメート光学系が組み込まれていることが多い。
【０００３】
現在、将来のデジタルビデオやブロードバンドネットワーク用に、高い信頼性を有するパーソナル記録装置として、大容量の光情報記憶装置の開発が急ピッチで進められている。光情報記憶装置の光源波長を短波長化することや、集光スポットを情報記録媒体上に形成する対物レンズを高ＮＡ化することは、記録再生に用いられる集光スポットの径を縮小して大容量化を実現するための有用な回答である。ところが、短波長化や高ＮＡ化を図ると、環境温度の変化やレーザ出力の切替などに伴う収差が大きくなり、光学的な安定性が低下する。
【０００４】
従来、他の分野では、環境温度の変化に対する光学的な安定性を向上させた光学系がいくつか提案されている（例えば、下記に示す特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４参照。）。
【特許文献１】
特開昭５９−１５２０４号公報
【特許文献２】
特開平８−４３７０２号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９４２８９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１４２６９号公報
しかし、光ディスク装置に代表される光情報記録装置や、その光情報記録装置に組み込まれるコリメート光学系では、温度変化に伴う変化として光源波長の変化やレンズの焦点距離変化も考慮する必要がある上に、温度変化がないときにレーザ出力の切替で生じる光源波長の変化にも対処する必要がある。更に、光ディスク装置のコリメート光学系は小型化が必須であって、構造の単純化や組み立て容易性なども考慮に含まれなければならない。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定した簡素な構造のコリメート光学系、および温度変化と光源出力変化との双方に対して性能が安定した光情報記憶装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明の第１のコリメート光学系は、
ベースと、
ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、
周縁部に張出を有し、ガラスの貼り合わせ構造からなる、光源が発する拡散光束を平行光束に変換する色消しレンズと、
色消しレンズの張出の、光源とは逆の側が接着されて色消しレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１のコリメート光学系では、色消しレンズを備えることにより、温度変化の有無にかかわらず光源波長の変化に対する光学的安定性を確保している。さらに、温度変化に対する光学的安定性を簡素な構造で得るため、色消しレンズの張出の、光源とは逆の側がレンズホルダに接着された構造を採用しており、このような構造によって、色消しレンズの焦点距離変化やベースの膨張収縮や光源波長の変化などといった、温度変化に伴う種々の収差要因を互いに打ち消しあわせている。ガラス製の色消しレンズが用いられている第１のコリメート光学系において打ち消されるべき収差要因はベースの熱伸縮が主であるため、色消しレンズの張出は、光源とは逆の側がレンズホルダに接着されている。
【０００８】
これにより、本発明の第１のコリメート光学系は、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定している。
【０００９】
本発明の第１のコリメート光学系において、上記光源は、青色の光を発するものであることが好適である。
【００１０】
波長が約４５０ｎｍ以下の青色の光に対し、ガラスの屈折率は大きな波長依存性（分散）を示すため、その波長依存性を色消しレンズによって低減することは特に効果的である。
【００１１】
本発明の第１のコリメート光学系において、上記レンズホルダは、光源に近い方を前側としたときに、レンズホルダに色消しレンズの張出が接着されている位置より後側の位置でベースに固定されたものであることが好適である。
【００１２】
レンズホルダがこのように固定されたものであることにより、レンズホルダのレンズ付近は、固定のための付加がなくて温度変化に対して自由に伸縮可能な自由端になっている。第１のコリメート光学系では、打ち消されるべき収差要因はベースの熱伸縮が主であるため、この自由端が、光源に近い「前側」に設けられている。このため、レンズホルダに対する色消しレンズの接着構造だけでは打ち消しきれない収差要因を、レンズホルダについて適切な材料を選択し、適切な寸法に設計することによって打ち消して、温度変化に対する光学的な安定性の精度を向上させることができる。
【００１３】
ここで、上記レンズホルダがベースの線膨張係数以上の線膨張係数を有するものであることが好ましく、さらには、
上記ベースが金属製であり、上記レンズホルダがプラスチック製であることが好ましい。
【００１４】
部材が線膨張する量は線膨張係数と長さで決まり、レンズホルダの自由端の長さは、光源の固定位置からレンズホルダの固定位置までのベースの長さ以下である。このため、ベースの線膨張を打ち消すためには、レンズホルダの材料として、ベースの線膨張係数と同じか、それ以上の線膨張係数を有する材料を選択することが望ましい。
【００１５】
また、一般に、光情報記憶装置は小型化が求められ、コリメータ光学系に与えられるスペースは小さいので、自由端を設けるためのスペースも小さい。プラスチックの線膨張係数は材料によっていろいろ異なるが、一般に金属よりも大きく、１桁上のものも存在する。そこで、レンズホルダの材料としてプラスチックを用いることにより、小さなスペースで収差要因を打ち消すことができる。
【００１６】
上記目的を達成する本発明の第２のコリメート光学系は、
ベースと、
ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、
周縁部に張出を有し、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子も有する、光源が発する拡散光束を平行光束に変換するプラスチックレンズと、
プラスチックレンズの張出の、光源の側が接着されてプラスチックレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２のコリメート光学系では、回折格子が付与されたプラスチックレンズを備えることにより、温度変化の有無にかかわらず光源波長の変化に対する光学的安定性を確保している。さらに、温度変化に対する光学的安定性を簡素な構造で得るため、プラスチックレンズの張出の、光源の側がレンズホルダに接着された構造を採用しており、このような構造によって、プラスチックレンズの焦点距離変化やベースの膨張収縮や光源波長の変化などといった、温度変化に伴う種々の収差要因を互いに打ち消しあわせている。プラスチックレンズとガラスレンズとは、温度変化に伴う焦点距離の伸縮方向が逆であり、プラスチックレンズにおける焦点距離変化の大きさはガラスレンズにおける焦点距離変化の１０倍前後であることから、ベースの膨張収縮に伴うプラスチックレンズの移動に、更に同方向へのレンズ移動が加えられるような構成とする必要がある。このため、第２のコリメート光学系では、プラスチックレンズの張出の光源側がレンズホルダに接着されている。
【００１８】
これにより、本発明の第２のコリメート光学系は、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定している。
【００１９】
本発明の第２のコリメート光学系においても、上記光源は、青色の光を発するものであることが好適である。
【００２０】
波長が約４５０ｎｍ以下の青色の光に対し、プラスチックの屈折率も大きな波長依存性（分散）を示すため、その波長依存性を回折格子によって低減することは特に効果的である。
【００２１】
本発明の第２のコリメート光学系において、上記レンズホルダは、光源に近い方を前側としたときに、プラスチックレンズの張出がレンズホルダに接着されている位置より前側の位置でベースに固定されたものであることが好適である。
【００２２】
この第２のコリメート光学系では、打ち消されるべき収差要因は、温度変化に伴う焦点距離変化が大きいので、自由端が、光源とは逆の「後側」に設けられている。このため、レンズホルダに対するプラスチックレンズの接着構造だけでは打ち消しきれない収差要因を、レンズホルダについて適切な材料を選択し、適切な寸法に設計することによって打ち消して、温度変化に対する光学的な安定性の精度を向上させることができる。
【００２３】
ここで、上記レンズホルダがベースの線膨張係数以上の線膨張係数を有するものであることが好ましく、さらには、
上記ベースが金属製であり、上記レンズホルダがプラスチック製であることが好ましい。
【００２４】
部材が線膨張する量は線膨張係数と長さで決まり、レンズホルダの自由端の長さは、光源からレンズまでの距離程度が限界である。このため、ベース単独による線膨張よりも大きい線膨張を生じさせるためには、レンズホルダの材料として、ベースの線膨張係数と同じか、それ以上の線膨張係数を有する材料を選択することが望ましい。
【００２５】
また、一般に、光情報記憶装置は小型化が求められ、コリメータ光学系に与えられるスペースは小さいので、自由端を設けるためのスペースも小さい。プラスチックの線膨張係数は材料によっていろいろ異なるが、一般に金属よりも大きく、１桁上のものも存在する。そこで、レンズホルダの材料としてプラスチックを用いることにより、小さなスペースで収差要因を打ち消すことができる。
【００２６】
上記目的を達成する本発明の第１の光情報記憶装置は、ベースと、ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、周縁部に張出を有し、ガラスの貼り合わせ構造からなる、光源が発する拡散光束を平行光束に変換する色消しレンズと、色消しレンズの張出の、光源とは逆の側が接着されて該色消しレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたコリメート光学系と、
コリメート光学系によって得られた平行光束を導いて、情報が記録された情報記録媒体上に集光する集光光学系と、
集光光学系によって情報記録媒体上に集光され、情報記録媒体によって反射された反射光を用いて、その情報記録媒体に記録された情報を再生する再生部とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、上記目的を達成する本発明の第２の光情報記憶装置は、ベースと、ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、周縁部に張出を有し、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子も有する、光源が発する拡散光束を平行光束に変換するプラスチックレンズと、プラスチックレンズの張出の、光源の側が接着されてプラスチックレンズを保持する、ベースに固定されたレンズホルダとを備えたコリメート光学系と、
コリメート光学系によって得られた平行光束を導いて、情報が記録された情報記録媒体上に集光する集光光学系と、
集光光学系によって情報記録媒体上に集光され、情報記録媒体によって反射された反射光を用いて、その情報記録媒体に記録された情報を再生する再生部とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
なお、本発明にいう光情報記憶装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう光情報記憶装置には、上記の基本形態のみではなく、前述したコリメート光学系の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の第１および第２の光情報記憶装置において、コリメート光学系は、温度変化と光源出力変化との双方に対して光学的に安定しており、集光光学系が高ＮＡであっても、情報記録媒体上に光が集光された集光スポットが安定するので、本発明の第１および第２の光情報記憶装置は、温度変化と光源出力変化との双方に対して性能が安定しており、光ディスクに対する高品質な記録や再生が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明のコリメート光学系の各実施形態が組み込まれる光情報記憶装置の一例を示す外観斜視図である。
【００３２】
ここで例示する光情報記憶装置に、本発明のコリメート光学系の、後述する各実施形態が組み込まれることにより、本発明の光情報記憶装置の各実施形態が得られる。
【００３３】
ここに例示した光情報記憶装置１００は、光磁気（ＭＯ）ディスクを記録媒体として用いるＭＯ装置であり、この光情報記憶装置１００には、光情報記憶装置１００の土台となるアルミニウム合金製のドライブベース１１０が備えられており、ドライブベース１１０は、４個の防振ゴム１２０（図２参照）を介してフレーム１３０に取り付けられている。また、ドライブベース１１０には、トップカバー１４０およびボトムカバー１５０（図２参照）がそれぞれねじ止めされている。
【００３４】
フレーム１３０には、フロントパネル１６０が取り付けられており、このフロントパネル１６０には、本発明にいう情報記録媒体の一例である円盤状の光ディスクを内蔵した光ディスクカートリッジが光情報記憶装置１００に挿入されるための挿入口１６１が設けられている。
【００３５】
光情報記憶装置１００の、フロントパネル１６０が取り付けられた前端に対する後端には、光情報記憶装置１００をコンピュータ等といった機器と電気的に接続するためのコネクタ１７０が搭載されている。
【００３６】
図２は、図１に示す光情報記憶装置の分解斜視図である。
【００３７】
ドライブベース１１０には、光ディスクを保持して回転させるスピンドルモータ１８０が搭載されている。
【００３８】
また、このドライブベース１１０には、光ディスクの半径方向に移動自在な移動光学アセンブリ１９０と、ドライブベース１１０に固定される固定光学アセンブリ２００とからなる光学ヘッドが搭載され、固定光学アセンブリ２００は、ドライブベース１１０の裏面側に固定される。また、固定光学アセンブリ２００には、後述するプリント配線板２１０と電気的に接続するためのコネクタ２０１が備えられている。
【００３９】
この図２には、永久磁石をスライドさせることによって、光ディスクに印加されるバイアス磁界をオンオフするバイアス磁石アセンブリ２２１と、光ディスクカートリッジのシャッタを開閉する開閉アーム２２２が備えられた光ディスクカートリッジローディングアセンブリ２２０が示されており、この光ディスクカートリッジローディングアセンブリ２２０は、ドライブベース１１０の表面側にねじ止め固定される。光ディスクカートリッジローディングアセンブリ２２０の表面側には絶縁シート２３０が搭載され、絶縁シート２３０の外周部には、密封性を高めることによって光ディスクに粉塵が付着することを防止するシール部材２３１が装着されている。
【００４０】
また、この図２には、固定光学アセンブリ２００のコネクタ２０１と接続するためのコネクタ２１１と、外部機器と電気的に接続するためのコネクタ１７０が搭載され、光学ヘッドの駆動を制御する駆動制御回路等が含まれるプリント配線板２１０の裏面側が示されており、このプリント配線板２１０は、プリント配線板２１０のコネクタ２１１と固定光学アセンブリ２００のコネクタ２０１が互いに接続されるように絶縁シート２３０の上からドライブベース１１０に搭載されドライブベース１１０にねじ止め固定される。
【００４１】
さらに、ドライブベース１１０には、トップカバー１４０がプリント配線板２１０の上からねじ止め固定され、ドライブベース１１０の背面側にはボトムカバー１５０がねじ止め固定される。最後に、ドライブベースは、防振ゴム１２０を介してフレーム１３０に取り付けられる。
【００４２】
図３は、固定光学アセンブリと移動光学アセンブリとの配置関係を示す斜視図であり、ドライブベースは図示を省略されている。
【００４３】
固定光学アセンブリ２００には、情報の読み書きに用いられるレーザ光を発生する、本発明にいう光源の一例であるレーザダイオード１２と、光ディスク２４０が反射した光に含まれている、光ディスク２４０に記憶されている情報に応じた信号を検出する光検出器２０３と、情報を記憶する場所として光ディスク上に設けられている同心円状のトラックに対する集光スポットのずれを検出するための光検出器２０４と、集光スポットのフォーカスのずれを検出するための光検出器２０５が取り付けられている。
【００４４】
移動光学アセンブリ１９０は、一対の磁気回路２５０によって駆動され、一対のガイドレール２６０に沿って光ディスク２４０の半径方向に移動する。移動光学アセンブリ１９０には、対物レンズ３００の位置を微調整することによって、集光スポットのフォーカスを調整するとともに集光スポットをトラック上に位置させるアクチュエータが内蔵されている。また、移動光学アセンブリ１９０には、断面が四角形の筒口１９２が設けられており、固定光学アセンブリ２００のレーザダイオード１２によって発せられ後述するように平行光にされたレーザ光がこの筒口１９２から移動光学アセンブリ１９０内に入る。また、光ディスク２４０が反射した光がこの筒口１９２から固定光学アセンブリ２００に戻る。さらに、移動光学アセンブリ１９０には、筒口１９２から入ったレーザ光を対物レンズ３００に入射させる立ち上げミラーも内蔵されている。
【００４５】
図４は、固定光学アセンブリの内部構造を示す斜視図である。
【００４６】
固定光学アセンブリ２００には、図３に示す移動光学アセンブリ１９０の筒口１９２に対応する筒口２０６が設けられており、その筒口２０６の奥に偏光ビームスプリッタ２８０が配置されている。
【００４７】
レーザダイオード１２から発せられるレーザ光は拡散光であり、固定光学アセンブリ２００のベース１１に穿たれた孔の中に後述するように組み込まれているコリメートレンズによって平行光に変換される。また、このレーザ光の光束は断面が楕円形の光束であり、このため、レーザダイオード１２は、偏光ビームスプリッタ２８０にレーザ光が入射する方向に対して斜めに配置され、レーザダイオード１２によって発せられコリメートレンズによって平行光に変換されたレーザ光が、図示を省略したプリズムによって屈折されることによって断面が円形の光束に変形され、その後、偏光ビームスプリッタ２８０に入射される。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ２８０を素通りしたレーザ光は筒口２０６を通って移動光学アセンブリ１９０へと渡り、移動光学アセンブリ１９０から戻ってきた光の一部は、偏光ビームスプリッタ２８０によって図４の左上方へと反射される。
【００４９】
固定光学アセンブリ２００の中央部には、ビームスプリッタ３１０，３４０や検光子３２０等が配置されており、偏光ビームスプリッタ２８０によって図の左上方へと反射された光は、これらのビームスプリッタ３１０，３４０や検光子３２０等を通り、固定光学アセンブリ２００の枠に穿たれた穴２０７，２０８，２０９を通って各光検出器に到達する。
【００５０】
ここで、コリメート光学系の比較例とその問題点について説明し、その後、本発明のコリメート光学系の各実施形態について説明する。
【００５１】
図５は、コリメート光学系の比較例を表す斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、および断面図（Ｃ）である。
【００５２】
コリメート光学系は、アルミ製のベース１と、拡散光束を発するレーザダイオード２と、ＢＫ７（硝材の一種）の単一材料からなるガラスモールドレンズであるコリメータレンズ３と、アルミよりも線膨張係数の小さい真鍮系材料が用いられた筒状のレンズホルダ４と、板バネ５で構成されている。但し、図５のパート（Ａ）の斜視図と、図５のパート（Ｂ）の正面図ではレーザダイオード２が取り外された状態が示されている。以下の説明では、レーザダイオード２を各部材などの方向の基準として用いて、レーザダイオード２に近い側を前側と称し、レーザダイオード２から遠い側を後側と称する。コリメータレンズ３には、周縁に張出（コバ部）が設けられており、このコバ部の前側がレンズホルダ４に接着されることによりコリメータレンズ３はレンズホルダ４に保持されている。また、レンズホルダ４はベース１に対し、板ばね５によって押しつけられて固定されており、レンズホルダ４の最前部から最後部まで、位置調整用の凹部を除いてほぼ全域に亘り、線接触で押しつけられている。このため、板ばね５の中心線付近が最も高い圧力となっている。このような固定方法が採用されていることにより、コリメータレンズ３が温度変化に伴って移動する移動量は最小限度に抑えられているが、コリメータレンズ３自体にも負荷がかかる構造になっている。
【００５３】
ここで、この図５に示す構造のコリメート光学系が、ＮＡが０．５５の対物レンズを有する光情報記憶装置に適用されていて、レーザダイオード２の波長が６８５ｎｍである場合（以下、この場合を「赤色低ＮＡ」と表現する）を前提とし、コリメートレンズの屈折率の波長依存性やコリメート光学系の熱伸長に起因して対物レンズの集光点上で生じる波面収差について検討する。ここでは、波面収差として、摂氏２０度の常温から摂氏６０度の高温に環境温度が変わった場合に生じる温度変化時波面収差と、情報再生動作から情報記録動作にスイッチした瞬間に、５ｍＷから５０ｍＷに発光量が変化することによる光源波長変動に伴って発生する過渡応答時波面収差とを想定する。ここで、過渡応答時とは、情報記録動作にスイッチしてレーザダイオード２の発光パワーが増えて光源波長がのびることにより焦点ぼけが起きた瞬間を表している。
【００５４】
対物レンズが理想レンズで、コリメータレンズ３は焦点距離が５ｍｍの両面非球面レンズと仮定すると、対物レンズの集光点上で生じる色収差は０．０３μｍ／ｎｍである。また、ベース１の熱伸縮については、図４などに示す固定光学アセンブリの構造を前提として伸縮量を算出する。これらを総合すると、温度変化時波面収差としては１３ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は８ｎｍ）、過渡応答時波面収差としては９ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は３ｎｍ）の波面収差が生じる。
【００５５】
「赤色低ＮＡ」の場合には、図５に示す構造のコリメート光学系であっても、温度変化時と過渡応答時との双方について波面収差が１５ｍλｒｍｓを下回っているため、対物レンズによるスポットピーク強度低下量も１％未満であり、コリメート光学系や光情報記憶装置に求められる能力としては十分な能力が得られる。このような、「赤色低ＮＡ」の場合に対して、大容量化のため、レーザダイオード２として光源波長が４０５ｎｍの青色レーザダイオードを用いた「青色低ＮＡ」の場合における波面収差を検討すると、コリメータレンズの焦点距離が同じであると仮定してレンズ面形状・厚さを最適設計としても、対物レンズの集光点上で生じる色収差は、「赤色低ＮＡ」の場合の約４倍の０．１３２μｍ／ｎｍに増大し、これにより、温度変化時波面収差としては６ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は３ｎｍ）、過渡応答時波面収差としては２２ｍλｒｍｓ（このとき光源波長の変化は１ｎｍ）の波面収差が生じる。
【００５６】
このように「青色低ＮＡ」の場合には、過渡応答時波面収差は２０ｍλｒｍｓを超えており、コリメート光学系や情報記憶装置に求められる能力を満たさない。これは、コリメータレンズを構成するＢＫ７における屈折率の波長変動が６６０ｎｍ帯よりも４００ｎｍ帯ほうがはるかに大きくなっていることに起因している。
【００５７】
図６は、屈折率の波長変動を表すグラフである。
【００５８】
この図６の横軸は波長を示し、縦軸は屈折率を示している。６６０ｎｍ帯ではグラフの曲線Ｌがほぼ水平であるのに対して、４００ｎｍ帯では曲線Ｌが大きな傾きを示している。従って、４００ｎｍ帯では、光源の波長が少しだけ変化しても大きな波面収差を生じる原因となる。この図６に示すような波長変動の傾向は、ＢＫ７に限らず、多くの光学材料について共通する傾向である。
【００５９】
このような屈折率の波長変動に起因して、上述したように、「青色低ＮＡ」の場合における過渡応答時波面収差は２０ｍλｒｍｓを超えるが、温度変化時波面収差については、波長変動の増加と、温度変化時の光源波長変動の低下とがバランスして、「赤色低ＮＡ」の場合よりも波面収差が減少している。
【００６０】
ここでさらに、ＮＡ０．８５の対物レンズを用いた「青色高ＮＡ」の場合における波面収差を検討すると、対物レンズの集光点上で生じる色収差は０．０４６μｍ／ｎｍとなって更に劣化する。この結果、温度変化時波面収差は６ｍλｒｍｓ、過渡応答時波面収差は２６ｍλｒｍｓとなる。
【００６１】
ここで、コリメート光学系の光源としてレーザダイオード２に青色レーザダイオードを用いることによって生じる、上述したような大きな過渡応答時波面収差を抑えるために、コリメータレンズ３に替えて、市販の顕微鏡レンズで用いられているような、複数のガラスを接合して色収差を抑えた色消しレンズを用いることが考えられる。しかし、その場合には、温度変化時波面収差が３６ｍλｒｍｓという大きな値となり、コリメート光学系や情報記憶装置の能力が更に低下する。
【００６２】
過渡応答時波面収差を抑えるためには、入射側か射出側のいずれかに、格子のピッチを適切に設計した回折格子を成形することによって色収差を押さえた回折格子付きプラスチックレンズを用いることも考えられる。理論的には、このような回折格子付きプラスチックレンズでは、色収差を限りなく０に近づけることができる。しかし、レンズ材料がプラスチックであるため、熱膨張率および屈折率の温度係数が大きく、摂氏２０度から６０度まで温度が変わると、ガラスレンズとは逆に焦点距離が１０μｍ以上伸びることになる。この結果、温度変化時波面収差は５９ｍλｒｍｓもの大きな値となり、色消しレンズを用いる場合よりもさらに大きい。
【００６３】
以上、整理すると、大容量化のために青色レーザダイオードや高ＮＡの対物レンズを採用すると系の色収差による記録時（パワー変更時）の波面収差劣化が問題になり、コリメート光学系の色収差を色消しレンズなどで低減させると、環境温度の変化に対する特性マージンが不足することが問題になる。なお、パワー変更時の波面収差劣化は、１０ｎｓｅｃ未満という極めて短い時間間隔内に高速に生じる現象であるので、対物レンズの動的制御などで対処することは不可能である。
【００６４】
比較例で発生するこのような問題を解決する本発明の具体的な実施形態について以下説明する。
【００６５】
図７は、本発明のコリメート光学系の第１実施形態を表す斜視図（Ａ）、および断面図（Ｂ）である。
【００６６】
この図７に示す第１実施形態は、固定光学アセンブリのアルミ製のベース１１と、そのベース１１に固定され、波長が４０５ｎｍの青色拡散光を発するレーザダイオード１２と、レーザダイオード１２が発する拡散光束を平行光束に変換するコリメータレンズとしての機能を担う色消しレンズ１３と、色消しレンズ１３を保持するアルミ製のレンズホルダ１４と、レンズホルダ１４をベース１１に固定する板バネ１５とで構成されている。
【００６７】
第１実施形態の説明でも、レーザダイオード１２を各部材などの方向の基準として用いて、レーザダイオード１２に近い側を前側と称し、レーザダイオード１２から遠い側を後側と称する。
【００６８】
色消しレンズ１３は、屈折率１．７１４８２の凸レンズと屈折率１．７４１７３の凹レンズとが接合された２群レンズ構造によって、４００ｎｍ帯で等価的な屈折率の分散がほぼ０となっており、５ｍｍの焦点距離を有する。色消しレンズ１３のコリメータレンズとしての作動距離は３．３７３３６４ｍｍであり、レーザダイオード１２の発光点から色消しレンズ１３の前側の表面までの距離は３．６２３３６４ｍｍとなっている。この色消しレンズ１３の周縁には張出（コバ部）１３ａが設けられており、この第１実施形態では、上記の比較例とは逆に、コバ部１３ａの後側がレンズホルダ１４に接着されることによって色消しレンズ１３がレンズホルダ１４に保持されている。また、レンズホルダ１４は、色消しレンズ１３が接着されている部分よりも後側でベース１１に固定されており、熱伸縮が自由な１．８５ｍｍの自由端１４ａが設けられている。
【００６９】
第１実施形態における波面収差を、対物レンズがＮＡ０．８５である場合について算出すると、色消しレンズ１３が備えられているため、対物レンズの集光点上で生じる色収差は、０．００８μｍ／ｎｍという極めて小さい収差となっており、過渡応答時波面収差も５ｍλｒｍｓという小さい収差に抑えられている。
【００７０】
一方、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化する場合について検討すると、アルミ製のベース１１の熱膨張は、レーザダイオード１２と色消しレンズ１３との間の距離を延ばすように作用する。これに対し、色消しレンズ１３はコバ部１３ａの後側がレンズホルダ１４に接着されているので、色消しレンズ１３自体の熱膨張は、レーザダイオード１２と色消しレンズ１３との間の距離を縮めるように作用する。さらに、２群レンズ構造を有する色消しレンズ１３は、単一材料のレンズと比較して焦点距離の温度変化が小さい。これらの作用をあわせると、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化するときの波面収差は、比較例のコリメートレンズを単に色消しレンズに置き換えた時に生じる３６ｍλｒｍｓという温度変化時波面収差よりも小さな波面収差に抑えられるが、第１実施形態では、温度変化時波面収差をさらに小さく抑えるために、レンズホルダ１４に自由端１４ａが設けられている。
【００７１】
第１実施形態では、ベース１１とレンズホルダ１４とが双方ともアルミ製であるが、ベース１１の熱伸縮が周辺構造などによって制限されるのに対し、自由端１４ａは自由に熱伸縮することができる。このため、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化するときには、ベース１１は約２．１５μｍ伸長するが、長さ１．８５ｍｍの自由端１４ａはアルミの一般的な線膨張係数２４×１０-6／℃できれいに伸長して、１．８５×（６０−２０）×２４×１０-6＝１．７７６μｍだけ色消しレンズ１３を前方に移動させる。このような自由端１４ａの作用も上記作用に併せると、温度変化時波面収差は１５ｍλ未満に低減される。
【００７２】
このように、図７に示す第１実施形態では、簡素かつコンパクトな構造によって、過渡応答時と温度変化時との双方において波面収差が１５ｍλ未満に抑えられる。このため、光源波長が４５０ｎｍ以下の、レンズ材料の屈折率分散が大きな光を用いる場合であっても、摂氏２０度〜６０度の温度範囲、かつ、５０ｍＷ以下の出力範囲において最高時に近い性能を発揮することができ、高い信頼性を有する大容量の光情報記憶装置が得られる。
【００７３】
図８は、本発明のコリメート光学系の第２実施形態を表す斜視図（Ａ）、および断面図（Ｂ）である。
【００７４】
この図８に示す第２実施形態は、第１実施形態の色消しレンズ１３およびレンズホルダ１４に替えて、プラスチックレンズ２３およびレンズホルダ２４を備えており、第１実施形態と同様に、ベース１１とレーザダイオード１２と板バネ１５とを備えている。
【００７５】
第２実施形態の説明でも、レーザダイオード１２を各部材などの方向の基準として用いて、レーザダイオード１２に近い側を前側と称し、レーザダイオード１２から遠い側を後側と称する。
【００７６】
プラスチックレンズ２３の周縁にも張出（コバ部）２３ａが設けられており、第２実施形態では、コバ部２３ａの前側がレンズホルダ２４に接着されることによってプラスチックレンズ２３がレンズホルダ２４に保持されている。また、プラスチックレンズ２３には、入射面と出射面の双方に、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子２３ｂが設けられており、４００ｎｍ帯では、光の波長変化に関わらず焦点距離がほぼ常に５ｍｍとなっている。またレーザダイオード１２の発光点からプラスチックレンズ２３の前側の表面までの距離は３．６６８ｍｍとなっている。
【００７７】
レンズホルダ２４は、線膨張係数が６×１０-5のプラスチック樹脂で作成されており、プラスチックレンズ２３が接着されている部分よりも前側でベース１１に固定され、熱伸縮が自由な１．６５ｍｍの自由端２４ａが設けられている。
【００７８】
ここで、第１実施形態と同様に波面収差を、対物レンズがＮＡ０．８５である場合について算出すると、回折格子２３ｂ付のプラスチックレンズ２３が用いられているために、過渡応答時波面収差は５ｍλｒｍｓという小さい収差に抑えられている。
【００７９】
一方、環境温度が摂氏２０度から摂氏６０度に変化する場合について検討すると、この第２実施形態では、プラスチックレンズ２３の線膨張係数が６×１０-5／℃であり、ガラスの約１００倍であるため、プラスチックレンズ２３の熱膨張によって焦点距離が１０μｍ以上伸びる。このため、第２実施形態では、プラスチックレンズ２３のコバ部２３ａの前側がレンズホルダ２４に接着されており、プラスチックレンズ２３自体が焦点距離変化を打ち消す方向に熱膨張によって移動する。この作用により温度変化時波面収差は、比較例のコリメートレンズを単に回折格子付プラスチックレンズに置き換えた時に生じる５９ｍλｒｍｓという温度変化時波面収差よりも小さな波面収差に抑えられるが、第２実施形態では、温度変化時波面収差をさらに小さく抑えるために、レンズホルダ２４に自由端２４ａが設けられている。
【００８０】
この自由端２４ａは、第１実施形態とは逆に、熱膨張によってレーザダイオード１２とプラスチックレンズ２３との距離を広げるように作用する。レンズホルダ２４は線膨張係数が６×１０-5のプラスチック樹脂で構成されているので、１．６５ｍｍという短い自由端２４ａであっても、きれいに熱伸縮した場合には、摂氏２０度から摂氏６０度への温度変化に対して１．６５×（６０−２０）×６０×１０-5＝３．９６μｍという大きな伸長を示し、温度変化時波面収差は１５ｍλｒｍｓ未満となる。
【００８１】
このように、第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、簡素かつコンパクトな構造で、過渡応答時と温度変化時との双方において波面収差が１５ｍλ未満に抑えられる。このため、光源波長が４５０ｎｍ以下の、レンズ材料の屈折率分散が大きな光を用いる場合であっても、摂氏２０度〜６０度の温度範囲、かつ、５０ｍＷ以下の出力範囲において最高時に近い性能を発揮することができ、高い信頼性を有する大容量の光情報記憶装置が得られる。
【００８２】
なお、上記説明では、本発明にいう色消しレンズの一例として、２群レンズ構造の色消しレンズが示されているが、本発明にいう色消しレンズは、３群以上のレンズの貼り合わせ構造を有するものであってもよい。
【００８３】
また、上記説明では、本発明にいうプラスチックレンズの一例として、入射面と出射面の双方に回折格子が設けられたプラスチックレンズが示されているが、本発明にいうプラスチックレンズは、入射面と出射面とのうち一方だけに回折格子が設けられたものであってもよい。
【００８４】
また、上記説明では、本発明にいうレンズホルダの一例として筒状のレンズホルダが示されているが、本発明にいうレンズホルダは、レンズの張出が接着されてレンズを保持するものであればよく、筒状のものには限定されない。
【００８５】
また、上記説明では、本発明にいうベースの一例としてアルミ製のベースが示されているが、本発明にいうベースは、アルミ以外の金属製であってもよく、あるいはセラミックスなどといった非金属製であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明のコリメート光学系の各実施形態が組み込まれる光情報記憶装置を示す外観斜視図である。
【図２】図２は、光情報記憶装置の分解斜視図である。
【図３】図３は、固定光学アセンブリと移動光学アセンブリとの配置関係を示す斜視図であり、ドライブベースは図示を省略されている。
【図４】図４は、固定光学アセンブリの内部構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、コリメート光学系の比較例を表す図である。
【図６】図６は、屈折率の波長変動を表すグラフである。
【図７】図７は、本発明のコリメート光学系の第１実施形態を表す図である。
【図８】図８は、本発明のコリメート光学系の第２実施形態を表す図である。
Claims (2)
- ベースと、
前記ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、
周縁部に張出を有し、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子も有する、前記光源が発する拡散光束を平行光束に変換するプラスチックレンズと、
前記プラスチックレンズの張出の、前記光源の側が接着されて該プラスチックレンズを保持する、前記ベースに固定されたレンズホルダとを備え、
前記レンズホルダが、前記ベースに固定される固定端と、該固定端側から前記光源とは逆の側へと突出して該ベースとは分離した、前記プラスチックレンズの張出が接着された自由端とを有し、前記ベースの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するものであることを特徴とするコリメート光学系。 - ベースと、前記ベースに固定された、拡散光束を発する光源と、周縁部に張出を有し、光の波長変化による焦点距離変化を打ち消す回折格子も有する、前記光源が発する拡散光束を平行光束に変換するプラスチックレンズと、前記プラスチックレンズの張出の、前記光源の側が接着されて該プラスチックレンズを保持する、前記ベースに固定されたレンズホルダとを備え、前記レンズホルダが、前記ベースに固定される固定端と、該固定端側から前記光源とは逆の側へと突出して該ベースとは分離した、前記プラスチックレンズの張出が接着された自由端とを有し、前記ベースの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するものであるコリメート光学系と、
前記コリメート光学系によって得られた平行光束を導いて、情報が記録された情報記録媒体上に集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって前記情報記録媒体上に集光され、該情報記録媒体によって反射された反射光を用いて、該情報記録媒体に記録された情報を再生する再生部とを備えたことを特徴とする光情報記憶装置。
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