JP4231807B2 - 光学ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、光学的に情報の記録／再生を行う光ディスク装置等の光学式記録再生装置に設けられる光学ヘッド、特に球面収差を補正するレンズ群の間隔を調整する球面収差補正機能を有する光学ヘッドに関するものである。

近年、光ディスク装置においては、光ディスクの高記録密度化を図るために、レーザ波長の短波長化と対物レンズの高開口数化が進められている。このような光ディスク装置では、光ディスクの基板厚さのずれによって発生する球面収差の影響が大きいため、球面収差の補正手段が必要になる。

その球面収差補正手段として、従来、球面収差補正用のリレーレンズ系の少なくとも１つのレンズをリレーレンズホルダに保持し、このリレーレンズホルダを光軸方向に移動可能にガイドレールに支持すると共に、光軸方向に平行に延在する送りねじに噛合させ、送りねじをステッピングモータで回転させてリレーレンズホルダをガイドレールに沿って光軸方向に移動させることにより、リレーレンズ系の空隙を可変して球面収差を補正するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−４５０６８号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示の球面収差補正手段を有する光学ヘッドにあっては、ガイドレール、送りねじ、およびステッピングモータを要する他、ガイドレールの固定部および送りねじの受け部を設ける必要があるため、装置が大型になると共に、コストアップになることが懸念される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、小型かつ安価な構成で、球面収差を高精度で補正できる光学ヘッドを提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、光源から出射された光ビームを光記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間の光路中に配置され、上記光ビームの球面収差を補正するレンズ群を具える球面収差補正手段とを有する光学ヘッドにおいて、
上記球面収差補正手段は、
上記レンズ群のうちの少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、
該レンズホルダを光軸方向に移動可能に支持する磁性体よりなるヨークと、
上記レンズホルダに取り付けられたコイルと、
該コイルに磁界を作用させるように上記ヨークに取り付けられたマグネットと、
上記レンズホルダに設けたフラグと、
該フラグを介して上記レンズホルダの光軸方向の位置を光学的に検出する位置検出センサとを有し、
上記コイルに電流を流すことにより、上記マグネットとの電磁作用によって上記レンズホルダを光軸方向に移動させて球面収差を補正するように構成したことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学ヘッドにおいて、上記フラグは、上記レンズホルダの移動方向に非平行な斜辺を有し、上記斜辺の変位にに基づいて上記位置検出センサにより上記レンズホルダの光軸方向の位置を検出することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の光学ヘッドにおいて、上記ヨークに、上記レンズ群のうちの他の少なくとも１つのレンズを直接固定したことを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ヘッドにおいて、上記ヨークは少なくとも４つの平面部を有し、上記レンズホルダは円筒状外形を有し、上記ヨークの４つの平面部により上記レンズホルダの円筒部を摺動可能に支持したことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ヘッドにおいて、上記ヨークは、板状部材を折り曲げ加工してなることを特徴とするものである。

請求項１の発明によると、球面収差補正手段の部品点数を少なくできるので、小型かつ安価な構成で、球面収差を高精度で補正することができるとともに、レンズホルダの光軸方向の位置を検出するようにしたので、レンズホルダを高精度に位置決めすることができる。

請求項２の発明によると、位置検出センサを小型にできて、その配置の自由度を高めることができ、それに伴って周辺の構成部品の形状を小型化できると共に、組み立て性を向上することができる。

請求項３の発明によると、球面収差を補正するレンズ群のうち、固定配置するレンズのホルダが不要となり、部品点数をより削減できるので、より一層の小型化、低価格化を図ることができる。

請求項４の発明によると、ヨークを容易に作製でき、低価格化が図れると共に、より小型化が図れる。

請求項５の発明によると、ヨークを板状部材の折り曲げ加工で形成するので、より低価格化が図れる。

以下、本発明による光学ヘッドの実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１〜図７は本発明の第１実施の形態を示すもので、図１は光学ヘッドの光学系の構成を示す図、図２は図１に示す球面収差補正手段の構成を示す斜視図、図３は図２に示すレンズ駆動ユニットのレンズホルダを示す斜視図、図４はレンズ駆動ユニットの正面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図２に示す位置検出センサの構成を示す斜視図、図７は同じく位置検出センサによる位置検出動作を説明するための図である。

図１に示す光学ヘッドにおいて、光源である半導体レーザ１から出射される直線偏光のレーザ光は、コリメータレンズ２で平行光にされて偏光ビームスプリッタ３に、例えばＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ３は、例えばＰ偏光透過率が８０％、Ｐ偏光反射率が２０％、Ｓ偏光反射率が１００％に形成され、ここで反射されるレーザ光は、モニタ用光検出器４で受光されて半導体レーザ１の出射パワーが制御され、透過するレーザ光は、立ち上げミラー５により光路が９０度曲げられて１／４波長板６を経て対物レンズ７により光ディスク等の光記録媒体８の記録面８ａに集光されて、情報の記録または再生が行われる。

情報の再生において、記録面８ａでの反射光は、往路と同じ経路を辿って偏光ビームスプリッタ３に入射される。ここで、偏光ビームスプリッタ３に入射する光記録媒体８からの戻り光は、往路と復路とで１／４波長板６を２回透過するので、その偏光方向が往路と直交し、偏光ビームスプリッタ３で反射される。この偏光ビームスプリッタ３で反射される戻り光は、球面レンズと円柱型凹レンズとを接合してなる集光機能および非点収差発生機能を有するトーリックレンズ９を経て光検出器１０で受光され、その出力に基づいて公知の方法によりフォーカスエラー、トラッキングエラーおよび情報再生信号を得るようになっている。

本実施の形態では、図１において、偏光ビームスプリッタ３と立ち上げミラー５との間の往復光路中に、凹のレンズ１１ｂおよび凸のレンズ１１ａからなるリレーレンズ系を有する球面収差補正手段１１を設ける。

球面収差補正手段１１は、レンズ１１ａ，１１ｂのいずれか一方または双方を光軸方向に移動して、光記録媒体８のカバー層の厚みに誤差がある場合に発生する球面収差を補正するように構成する。本実施の形態では、図２に示すように、半導体レーザ１側のレンズ１１ｂを固定し、対物レンズ７側のレンズ１１ａ（図２では見えていない）を、レンズ駆動ユニット２６により光軸方向に駆動して球面収差を補正する。

このため、レンズ駆動ユニット２６には、図３および図５に示すようにレンズホルダ１２を設け、このレンズホルダ１２に光ビームが通過する穴を形成すると共に、その一端部に段状に大径部を形成して、この大径部にレンズ１１ａを保持する。また、レンズホルダ１２の他端部外周は、四角形状に形成して、その対向する面に駆動力を得るためのコイル１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを２個ずつ貼り付ける。なお、本実施の形態では合計４個のコイル１５ａ〜１５ｄを貼り付けているが、駆動力が大きければ対向する面に１個ずつの合計２個でもよい。また、コイル１５ａ〜１５ｄを貼り付けないレンズホルダ１２の一方の面には、レンズホルダ１２の光軸方向の移動をガイドすると共に、その移動位置を検出するためのフラグ１６を設ける。このようなレンズホルダ１２はプラスチックの成型部品で作製することができる。

レンズ駆動ユニット２６の外周部には、レンズホルダ１２を軸方向（Ｘ方向）に摺動可能に保持する四角形の穴を形成したヨーク１３を配置する。ヨーク１３の四角形穴の内径は、レンズホルダ１２の円筒部外径よりも、例えば５〜１５μｍ程度大きくする。このヨーク１３の対向する内面で、レンズホルダ１２に貼り付けたコイル１５ａ，１５ｂの中央およびコイル１５ｃ，１５ｄの中央と対向する位置には、それぞれ溝を形成して、これらの溝に図４および図５に示すように、マグネット１４ａ，１４ｂを、異極を向かい合わせて配置する。なお、ヨーク１３は、磁性体の焼結やロストワックスといった方法で作製する。

図４および図５では、マグネット１４ａのＳ極とマグネット１４ｂのＮ極とを対向させて、矢印３１で示すようにマグネット１４ｂからマグネット１４ａに磁束を向かわせ、マグネット１４ａからの磁束は、ヨーク１３の中を通ってマグネット１４ｂに戻るようにしている。これにより、主として、コイル１５ａ〜１５ｄのマグネット１４ａ，１４ｂと対向する範囲内（図５に二点鎖線３３で示す）にあるコイル辺３２ａ〜３２ｄに、マグネット１４ａ，１４ｂによる磁束を作用させるようにしている。

ヨーク１３には、フラグ１６が突出する溝１８を軸方向に形成し、この溝１８のヨーク１３の外周部は平面に形成して、この平面にフラグ１６を挟むように位置検出センサ１７を取り付ける。なお、ヨーク１３の溝１８の幅は、レンズホルダ１２が傾くことなくスムーズに軸方向に移動できるように、フラグ幅よりも１０〜２０μｍ程度大きくする。

位置検出センサ１７には、図６に示すように、フラグ１６の移動通路を挟んで、発光素子１９と受光素子２０とを設け、発光素子１９から矢印２１で示す受光素子２０の方向に光を出射させる。受光素子２０は、発光素子１９から出射される光のうち、図７に二点鎖線で示す受光範囲２２の光を受光して、その受光した光量に比例した信号を出力するようにし、この受光素子２０に入射する発光素子１９からの光をフラグ１６で遮光することにより、フラグ１６のＸ方向の位置、すなわちレンズホルダ１２に保持されたレンズ１１ａの位置を、その移動範囲の全域において検出する。

すなわち、図７の場合、受光素子２０の受光範囲２２のうち、フラグ１６によって遮光される斜線で示す遮光領域２４には光が到達せず、残りの領域に光が入射することになる。この状態から、フラグ１６がＸ＋方向に移動すると、フラグ１６による遮光領域２４の面積が小さくなって、受光素子２０に到達する光量が大きくなるので、出力信号も大きくなる。逆に、フラグ１６がＸ−方向に移動すると、フラグ１６による遮光領域２４が大きくなって、受光素子２０に到達する光量が小さくなるので、出力信号は小さくなる。このように、フラグ１６の位置、すなわちレンズホルダ１２の位置と、受光素子２０の出力信号とは比例関係にあるので、この受光素子２０の出力信号をレンズホルダ１２の位置誤差信号として負帰還制御して、レンズホルダ１２に保持されたレンズ１１ａの位置を制御する。

以下、本実施の形態の動作について説明する。

本実施の形態では、光記録媒体８の情報再生信号の振幅が最大となるようなリレーレンズ系のレンズ位置を専用回路（図示せず）により算出し、その算出されたレンズ位置情報に基づいて、レンズ駆動ユニット２６のレンズホルダ１２のコイル１５ａ〜１５ｄに電流を流して、リレーレンズ系のレンズ１１ａの位置を最適に制御する。これにより、レンズ１１ａとレンズ１１ｂとの距離を変えて、対物レンズ７への入射光の集束、発散具合を変化させることで球面収差を補正する。また、この際、位置検出センサ１７の受光素子２０の出力信号を、レンズホルダ１２の位置誤差信号として負帰還することで、レンズ１１ａの位置を制御する。

本実施の形態によれば、特許文献１に開示の構成と比較して、少ない部品点数でリレーレンズ系のレンズ１１ａを駆動できるので、装置を小型かつ安価にできる。また、レンズ１１ａの位置を位置検出センサ１７で検出して負帰還制御するようにしたので、外部からの衝撃に影響されることなく、レンズ１１ａを高精度に位置決めすることができ、球面収差を常に高精度で補正することができる。

なお、第１実施の形態では、半導体レーザ１側のレンズ１１ｂを、ヨーク１３とは別部材に保持したが、図８に示すように、ヨーク１３に直接固定することもできる。このようにすれば、部品点数をより削減でき、より一層の小型化、低価格化が図れる。

（第２実施の形態）
図９〜図１２は本発明の第２実施の形態を示すもので、図９は球面収差補正手段の構成を示す斜視図、図１０はレンズ駆動ユニットのレンズホルダを示す斜視図、図１１はレンズ駆動ユニットの正面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ線断面図である。なお、本実施の形態において、第１実施の形態と同一作用をなす要素には同一参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態では、ヨーク１３を鉄製の板のプレス加工により五角形断面に曲げた形状に作製すると共に、その板を環状にしたときの合わせ部の間隔を開けることで、フラグ１６が移動する溝１８を形成する。また、コイル１５ａ〜１５ｄは、レンズホルダ１２のＸ方向中央部に配置する。なお、レンズホルダ１２の外径とヨーク１３の内側の寸法との関係などは、第１の実施の形態とほぼ同じである。

このように、本実施の形態では、ヨーク１３を五角形断面に曲げた形状とし、その４個の平面で筒状のレンズホルダ１２を軸方向に移動可能に支持するようにしたので、ヨーク１３および溝１８をプレス加工により容易に作製でき、低価格化が図れる。また、ヨーク１３の内面を平面の組み合わせとすることで、外面も平面形状にし易くなり、光学ヘッド本体への取り付けが容易になる。さらに、コイル１５ａ〜１５ｄをレンズホルダ１２の中央部に配置することで、より小型化が可能になると共に、コイル１５ａ〜１５ｄによるレンズホルダ１２の駆動点をレンズ１１ａの中央に位置させることができ、これによりレンズ１１ａの傾きの発生をより確実に防止して、レンズ１１ａをより高精度に位置決めすることが可能となる。

なお、ヨーク１３は、五角形断面形状に限らず、三角形、四角形あるいは六角形以上の断面形状であっても良いのは、言うまでもない。また、本実施の形態においても、図８に示したと同様に、半導体レーザ１側のレンズ１１ｂを、ヨーク１３に直接固定することもできる。

（第３実施の形態）
図１３〜図１５は本発明の第３の実施例を示すもので、図１３はレンズ駆動ユニットのレンズホルダを示す斜視図、図１４はフラグと位置検出センサとの関係を示す拡大斜視図、図１５は位置検出センサによる位置検出動作を説明するための図である。なお、本実施の形態においても、第１実施の形態と同一作用をなす要素には同一参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態では、レンズ駆動ユニット２６のレンズホルダ１２の位置を検出するフラグ１６を、レンズホルダ１２の移動方向（Ｘ方向）と非平行な斜辺２３をもつ形状とし、位置検出センサ１７で斜辺２３の位置を検出することにより、レンズホルダ１２の位置をその移動範囲全域に亘って検出可能としたものである。

このように、フラグ１６にその移動方向と非平行な斜辺２３を形成すれば、図１５において、フラグ１６がＸ＋方向に移動したときは、フラグ１６の低斜辺部２３ａで光が遮られ、受光素子２０上の遮光領域２４の面積が小さくなるので、受光素子２０の出力信号は大きくなる。また、フラグ１６がＸ−方向に移動したときは、フラグ１６の高斜辺部２３ｂで光が遮られ、受光素子２０上の遮光領域２４の面積が大きくなるので、受光素子２０の出力信号は小さくなる。したがって、受光素子２０からは、フラグ１６の斜辺２３の位置、すなわちレンズホルダ１２に保持されたレンズ１１ａの位置に比例した出力信号が得られる。

本実施の形態によれば、フラグ１６に移動方向と非平行な斜辺２３を形成することで、フラグ１６のＸ方向の移動を斜辺２３のＺ方向（高さ方向）の変位に変換してレンズ１１ａの位置を検出するようにしたので、第１および第２実施の形態と比較して位置検出センサ１７のＸ方向寸法を小さくでき、小型にできるる。したがって、位置検出センサ１７の配置の自由度を高めることができるので、周辺の構成部品の形状も小型化できる。また、例えば、位置検出センサ１７をヨーク１３に予め組み立ててから、レンズホルダ１２をヨーク１３に挿入する等、組み立て性を考慮した配置もでき、組み立て性を向上することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、第１または第２実施の形態においては、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、フラグ１６に開口部１６ａを形成し、位置検出センサ１７の受光素子２０はフラグ１６の移動方向に２分割した受光領域２０ａ，２０ｂをもって構成して、受光領域２０ａ，２０ｂの出力差に基づいて、フラグ１６の位置、すなわちレンズ１１ａの位置を検出するように構成することもできる。このようにすれば、フラグ１６の位置検出感度をさらに高めることができる。

また、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、位置検出センサ１７の発光素子１９を面発光ＬＥＤとし、受光素子２０はＰＳＤ（半導体位置検出素子）とし、フラグ１６には微小開口１６ｂを形成して、発光素子１９からの光をフラグ１６の微小開口１６ｂを通して受光素子２０で受光して、その受光位置からフラグ１６の位置を検出するように構成することもできる。この場合、好ましくは、フラグ１６の微小開口１６ｂに単レンズを設け、これにより発光素子１９からの光を受光素子２０上に集光させる。このようにすれば、より正確にフラグ１６の位置、すなわちレンズホルダ１２の位置を検出することができる。

本発明の第１実施の形態における光学ヘッドの光学系の構成を示す図である。 図１に示す球面収差補正手段の構成を示す斜視図である。 図２に示すレンズ駆動ユニットのレンズホルダを示す斜視図である。 同じく、レンズ駆動ユニットの正面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示す位置検出センサの構成を示す斜視図である。 同じく、位置検出センサによる位置検出動作を説明するための図である。 第１実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の第２実施の形態における球面収差補正手段の構成を示す斜視図である。 図９に示すレンズ駆動ユニットのレンズホルダを示す斜視図である。 同じく、レンズ駆動ユニットの正面図である。 図１１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第３の実施例におけるレンズ駆動ユニットのレンズホルダを示す斜視図である。 第３実施の形態におけるフラグと位置検出センサとの関係を示す拡大斜視図である。 同じく、位置検出センサによる位置検出動作を説明するための図である。 本発明の変形例を示す図である。 同じく、本発明の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ コリメータレンズ
３ 偏光ビームスプリッタ
４ モニタ用光検出器
５ 立ち上げミラー
６ １／４波長板
７ 対物レンズ
８ 光記録媒体
８ａ 記録面
９ トーリックレンズ
１０ 光検出器
１１ 球面収差補正手段
１１ａ，１１ｂ レンズ
１２ レンズホルダ
１３ ヨーク
１４ａ，１４ｂ マグネット
１５ａ〜１５ｄ コイル
１６ フラグ
１７ 位置検出センサ
１８ 溝
１９ 発光素子
２０ 受光素子
２２ 受光範囲
２３ 斜辺
２３ａ 低斜辺部
２３ｂ 高斜辺部
２４ 遮光領域
２６ レンズ駆動ユニット
３２ａ〜３２ｄ コイル辺

Claims (5)

1. 光源から出射された光ビームを光記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間の光路中に配置され、上記光ビームの球面収差を補正するレンズ群を具える球面収差補正手段とを有する光学ヘッドにおいて、
   上記球面収差補正手段は、
   上記レンズ群のうちの少なくとも１つのレンズを保持するレンズホルダと、
   上記レンズホルダを光軸方向に移動可能に支持する磁性体よりなるヨークと、
   上記レンズホルダに取り付けられたコイルと、
   該コイルに磁界を作用させるように上記ヨークに取り付けられたマグネットと、
   上記レンズホルダに設けたフラグと、
   該フラグを介して上記レンズホルダの光軸方向の位置を光学的に検出する位置検出センサとを有し、
   上記コイルに電流を流すことにより、上記マグネットとの電磁作用によって上記レンズホルダを光軸方向に移動させて球面収差を補正するように構成したことを特徴とする光学ヘッド。
2. 上記フラグは、上記レンズホルダの移動方向に非平行な斜辺を有し、上記斜辺の変位にに基づいて上記位置検出センサにより上記レンズホルダの光軸方向の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
3. 上記ヨークに、上記レンズ群のうちの他の少なくとも１つのレンズを直接固定したことを特徴とする請求項１または２に記載の光学ヘッド。
4. 上記ヨークは少なくとも４つの平面部を有し、上記レンズホルダは円筒状外形を有し、上記ヨークの４つの平面部により上記レンズホルダの円筒部を摺動可能に支持したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ヘッド。
5. 上記ヨークは、板状部材を折り曲げ加工してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ヘッド。

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