JP4329878B2 - レンズ駆動装置、光ピックアップ装置、及び取付調整方法 - Google Patents

レンズ駆動装置、光ピックアップ装置、及び取付調整方法 Download PDF

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Description

この発明は、光ディスク等の光学式媒体に対して情報の記録または再生を行うための光ピックアップ装置に用いられるレンズ駆動装置、及びこの光ピックアップ装置に関するものである。また、レンズ駆動装置を光ピックアップ装置に取り付ける際の取付調整方法に関するものである。
一般に、光学式媒体では、データ記録面を保護するために、データ記録面上に透明な透過層が設けられている。この透過層の厚みの差で生じる球面収差を補正するために、従来の光ピックアップ装置では、レンズ駆動手段によりコリメートレンズを移動して、対物レンズに入射する光束の収束発散角を補正する方法が用いられる場合がある。また、レンズ駆動手段によりビームエキスパンダレンズを移動して、対物レンズに入射する光束の収束発散角を補正する方法が用いられる場合もある。
ここで、レンズ駆動手段の構成としては、光ピックアップ装置の筐体に位置決めされた2本のガイドシャフトにレンズ可動部を挿嵌し、同じく光ピックアップ装置の筐体に位置決めされたステッピングモータから移動制御を得る構成(特許文献1)が多く利用されている。
特開2005−100481号公報 (図1〜図3)
ところで、上述のような、コリメートレンズを駆動させる方式を集光光学系に採用した光ピックアップ装置では、コリメートレンズの真直度が大きいと、このコリメートレンズが移動する際に、センサ光学系の光検知器上でスポットの移動が発生する場合がある。このような場合、センサ信号のオフセット量として、光ピックアップシステムのプレヤビリティに影響を及ぼす。
そこで、従来の光ピックアップ装置では、コリメートレンズの真直度を抑制するために、コリメートレンズの焦点距離を大きくする、コリメートレンズを保持するホルダの軸受け長さを大きくする、ホルダのガイド軸のスパンと長さを大きくする等の対策により、真直度の機械的精度を得ていた。したがって、これらの対策では、コリメートレンズの保持部や支持部の構造が大きくなる。一方、装置の小型化の要請に応えるべく、単純に、ホルダのガイド軸のスパンや長さを縮小したり、コリメートレンズの焦点距離を短くすると、センサ信号のオフセット量が大きくなる問題が生じる。
この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、小型化可能な構造を有するレンズ駆動装置、及び光ピックアップ装置を提供するものである。
この発明に係わるレンズ駆動装置は、
取付ベースと、
前記取付ベースと係合し、光軸方向に移動可能なコリメートレンズと、
前記コリメートレンズを前記光軸方向に移動させる駆動源と
を備え、
前記取付ベースは、自装置が取り付けられる取付部材に対し、前記光軸に対する取り付け時のピッチ角度、ロール角度が調整可能な支持部を有するとともに、
前記取付部材と当接するバネと、前記光軸に関し前記バネと反対側に位置する、前記取付部材に取り付けるねじが貫通する穴とを有し、
前記ねじの調整により、前記ピッチ角度の調整が可能なこと
を特徴とするものである。

本発明は、上述のような構成としたので、レンズ駆動装置の小型化が可能となる。
実施の形態1の光ピックアップ装置を示す断面図である。 実施の形態1の光ピックアップ装置を示す下視図である。 実施の形態1のレンズ駆動装置を示す斜視図である。 実施の形態1のレンズ駆動装置を示す他の斜視図である。 コリメートレンズの真直度の影響を説明する図である。 コリメートレンズの真直度の影響を説明する図である。 コリメートレンズの真直度の影響を説明する図である。 実施の形態1の光ピックアップ装置を示す断面図である。 実施の形態1の光ピックアップ装置を示す下視図である。 実施の形態1のコリメートレンズの調整方法を説明する図である。 実施の形態2のレンズ駆動装置を示す斜視図である。
符号の説明
1 ベース、1a ベース穴部、2 半導体レーザ、3 回折格子、
4 ダイクロイックプリズム、5 偏光プリズム、6 コリメートレンズ、
7 可動ホルダ、8 ガイド軸、9 反射ミラー、10 偏光板、11 対物レンズ、
12 レンズホルダ、13 駆動用コイル、14a、14b マグネット、
15 アクチュエータベース、16 取付ベース、16a 回り止めガイド、
16b 調整溝、16c 球面座、18 ステッピングモータ、19 スクリュウ、
20 スプリング、21 ねじ、22 ねじ、24 シリンドリカルレンズ、
25 光検知器、100 光ディスク、201 発光点、202 発散光束、
203 平行光束、204 データ記録面、205 傾斜面、
206 四分割光検知器、302 光軸中心線、303 垂直方向調整角、
304 水平方向調整角、400 オートコリメータ、401 コリメートレンズ、
402 プリズム、403 光検出器、404 モニタ、500 突起。
実施の形態1.
以下、図を用いて本発明の実施の形態1によるレンズ駆動装置、及び光ピックアップ装置を説明する。本実施の形態1に係るレンズ駆動装置は、光ピックアップ装置に対して取り付け角度が調整可能な構造となっていることに特徴がある。
<レンズ駆動装置、及び光ピックアップ装置の構造>
図1は、本発明の実施の形態1によるレンズ駆動装置を搭載した光ピックアップ装置を示す断面図である。なお、このレンズ駆動装置は、後述するように、透過層の差により発生する球面収差を補正する機能を有する。図1を用いて、光ピックアップ装置の各構成部を説明する。
ベース1には、半導体レーザ2、回折格子3、ダイクロイックプリズム4、偏光プリズム5が設けられている。半導体レーザ2の出射光は、発散光束のままコリメートレンズ6に至り、平行光束に変換される。コリメートレンズ6は、可動ホルダ7に取り付けられ、ガイド軸8に沿って光軸方向に移動可能な構造となっている。コリメートレンズ6、可動ホルダ7、およびガイド軸8は駆動源であるモータとともに取付ベース16に取り付けられ、ベース1に調整固定されている。
なお、コリメートレンズ6の焦点と半導体レーザ2の発光点が一致したとき、コリメートレンズ6の透過光は平行光束となる。コリメートレンズ6がガイド軸8に沿って発光点から遠ざかると収束光束となり、発光点に近づくと発散光束となる。
コリメートレンズ6で平行光束に変換された光は、反射ミラー9で直角に折り曲げられ、偏光板10を透過したのち、対物レンズ11に入射し光ディスクに集光される。対物レンズ11は、レンズホルダ12に搭載されている。さらに、レンズホルダ12には駆動用コイル13が設けられ、コイルへの給電機能とレンズホルダを支えるサスペンション機能を有した複数本のワイヤーで支持されている。そして、この駆動コイル13に流す電流量を制御することにより、マグネット14a、14bの磁界との作用力で、光ディスク上のデータ記録面に対する対物レンズ11のフォーカシング制御およびトラッキング制御を行う。
アクチュエータベース15には、対物レンズ11のフォーカシング方向およびトラッキング方向に駆動するための電磁駆動装置一式が搭載され、対物レンズアクチュエータが構成され、ベース1に取り付けられている。
図2は、光ピックアップ装置を示す図1の下視図である。上述したように、半導体レーザ2からの出射光束は、回折格子3、ダイクロイックプリズム4、偏光プリズム5を透過した後、コリメートレンズ6で平行光束に変換され、反射ミラー9で折り曲げられ対物レンズに入射し光ディスク上に集光する。
光ディスクにより反射され戻ってきた光は、対物レンズ11を透過後、再び平行光束となり、反射ミラー9からコリメートレンズ6に戻る。そして、コリメートレンズ6で再び収束光束となり、偏光プリズム5で折り曲げられ、シリンドリカルレンズ24を透過したのち、光検知器25に入射する。光検知器25で受光した光から、対物レンズアクチュエータのフォーカシングとトラッキングの制御信号と再生信号が得られる。
次に、図3、及び図4を用いて、光ピックアップ装置に搭載するレンズ駆動装置の構成を説明する。図3は、レンズ駆動装置の構成を説明する斜視図である。なお、このレンズ駆動装置は、上述したように、光ディスクの透過層で発生する球面収差を補正する球面収差補正装置としての機能を有する。
このレンズ駆動装置には、樹脂成形による取付ベース16に、ガイド軸8が片持ち支持で設けられている。そして、レンズホルダ7は、ガイド軸8に沿って軸方向に精度よく摺動できるように挿入されている。
レンズホルダ7にはコリメートレンズ6が搭載され、回り止めガイド16aと、駆動源であるステッピングモータ18に設けられたスクリュウ19とに勘合挿入されている。回り止めガイド16aは、取付ベース16に一体成形で構成されており、ガイド軸8と略平行である。そして、スクリュウ19が回転することにより、レンズホルダ7に駆動力が伝わり、レンズホルダ7およびコリメートレンズ6を平行に移動させることができる。
なお、このレンズ駆動装置は、スプリング20と、ねじ21、22により光ピックアップ装置のベース1に取り付けられる。さらに、調整溝16bには後述するように、偏心ピンが挿入される。なお、本実施の形態では、スプリング20として図に示すような板バネを用いた。
図4は、図3の斜視図を反対側から示した図である。図4に示すように、図3で示した取付ベース16の反対側には、球面座16cが成形されている。この球面座16cを、光ピックアップ装置のベース1の穴、あるいは凹部に対して位置合せを行い、スプリング20と、ねじ21、22で光ピックアップ装置にレンズ駆動装置を取り付ける。
後述するように、レンズ駆動装置は、光ピックアップ装置内の集光系の光に対して、ピッチ角度とロール角度の取り付け角度が調整可能な構造となっている。具体的には、図に示すように、スプリング20による加重点とねじ22の位置を、球面座16cを挟んだ双方反対側に配置し、ねじ22の高さ調整でピッチ角度を調整する。ロール角度の調整は、調整溝16bに偏心ピンを挿入し、球面座16cを軸としてレンズ駆動装置を回転させることにより行われる。
すなわち、球面座16cは光ピックアップ装置に対するレンズ駆動装置の支持部となる。
<コリメートレンズの真直度の影響>
次に、コリメートレンズの真直度の影響について図5から図7を用いて説明する。図5は、コリメートレンズ6の主点が光軸中心位置にあり、基準となる場合を示している。
図5では、半導体レーザの発光点201から発散光束202が出射されており、コリメートレンズ6は、発光点201が焦点位置となるX0の位置に配置されている。このコリメートレンズ6により平行光束203に変換された光は、その平行光束中に位置する対物レンズ11で絞られ、光ディスクの透過層100を透過してデータ記録面204上に集光される。さらに、データ記録面204で反射した光束は、光路折り曲げミラーを模式する45度の傾斜面205で直角に曲げられ、四分割光検知器206上に集光される。
四分割光検知器206の光検出面は、図に示すように領域A、B、C、Dに分割されており、図5に示すコリメートレンズの基準位置において、(領域A+領域C)と(領域B+領域D)に入射する光量が等しくなる位置に調整固定されている。なお、図に記載しないが、四分割光検知器206の前には、シリンドリカルレンズが配置されている。このシリンドリカルレンズは、対物レンズ11とデータ記録面204とのデフォーカス量に相当する非点収差を発生させる機能を有する。シリンドリカルレンズによる非点収差が発生している場合、四分割検知器206上でAC方向あるいはBD方向に集光スポット形状が変形する。したがって、四分割検知器206は、光量差(A+C)−(B+D)から、対物レンズ11とデータ記録面204とのデフォーカス量を検出する。
光ピックアップ装置は、四分割検知器206から出力される、光量差(A+C)−(B+D)に対応する検出信号が0になるように、対物レンズ11を駆動するアクチュエータにフィードバックすることで、対物レンズ11のフォーカシング制御を行う。
次に、図6を用いて、コリメートレンズ6を光ディスク方向に移動させた場合について説明する。図に示すように、コリメートレンズ6は、基準位置X0から位置Xfに、光ディスク100に近づく方向に移動している。図6における光ディスク100の透過層の距離は図5の場合よりも短く、データ記録面204aがコリメートレンズ6に近い位置にある。したがって、光ピックアップ装置は、透過層距離の差で発生する球面収差を補正するために、コリメートレンズ6を光ディスク方向に移動させる。これにより、収束光束203aを対物レンズ11に入射して、データ記録面204a上に集光する。
ここで、コリメートレンズ6を移動させる際、図6に示すように、レンズの主点が基準線からずれて移動すると、光ディスク100からの反射光束は、反射面205に角度をもって入射する。したがって、四分割光検知器206上の集光スポットの位置が移動する。
上述したように、対物レンズ11のフォーカシング制御は、四分割検知器206から出力される、光量差(A+C)−(B+D)に対応する検出信号が0なるように、光ディスク100のデータ記録面204aに対し位置制御されている。したがって、上記のような要因で発生する集光スポットのオフセットにより、対物レンズ11を正しい合焦位置に制御することができない。
さらに、図7を用いて、コリメートレンズ6を光ディスクとは反対の方向に移動させた場合について説明する。図に示すように、コリメートレンズ6は、基準位置X0から位置Xbに、光ディスク100から遠ざかる方向に移動している。図7における光ディスク100の透過層の距離は図5の場合よりも長く、データ記録面204bがコリメートレンズ6に遠い位置にある。したがって、光ピックアップ装置は、透過層距離の差で発生する球面収差を補正するために、コリメートレンズ6を光ディスクとは反対の方向に移動させる。これにより、収束光束203bを対物レンズ11に入射して、データ記録面204b上に集光する。
ここで、コリメートレンズ6を移動させる際、図7に示すように、レンズの主点が基準線からずれて移動すると、光ディスク100からの反射光束は、反射面205に角度をもって入射する。したがって、四分割光検知器206上の集光スポットの位置が移動する。
その結果、図6の場合と同様に、集光スポットのオフセットにより、対物レンズ11を正しい合焦位置に制御することができない。
そこで、本実施の形態に係るレンズ駆動装置は、光ピックアップ装置への取り付け時に、光軸に対してピッチ角度、ロール角度の調整が可能な構造とした。これにより、コリメートレンズ6が移動しても、図6、図7で説明したような、光軸に対してずれを生じる場合を抑制し、コリメートレンズの真直度を抑制するものである。
ここで図を用いて、レンズ駆動装置の光ピックアップ装置に対する取り付け方法、およびレンズ駆動装置の真直度の調整方法を説明する。
図8は、光ピックアップ装置の光学系を説明するための光ピックアップ装置の断面図である。図に示すように、ベース1に設けられた半導体レーザ2から出射された発散光束202は、コリメートレンズ6で平行光束203に変換される。コリメートレンズ6は、取付ベースの球面座16cでベース1に取り付けられる。このレンズ駆動装置の取り付け時には、その球面座16cの中心がコリメートレンズ6の主点と一致するようにコリメートレンズ6の位置を調整しておく。すなわち、コリメートレンズ6の位置を、光軸に対して垂直な面が球面座16cの中心とコリメートレンズ6の主点を通る位置としておく。したがって、コリメートレンズ6の主点、即ち光軸と、球面座16cを含む面は、光ピックアップ装置の取付面に対し略垂直となる。
コリメートレンズ6を上述の位置とすることにより、レンズ駆動装置は、コリメートレンズ6の主点を中心として、図8に平行な方向303に相当するピッチ角度の調整が可能となる。ピッチ角度の調整は、ねじ22の高さ調整により行われる。なお、図に示すように、コリメートレンズ6からの平行光束203は、光の進行方向に開口したベース1の穴部1aから射出し、観測することが可能となっている。
図9は、光ピックアップ装置を示す図8の下視図である。コリメートレンズ6を上述の位置とすることにより、レンズ駆動装置はコリメートレンズ6の主点を中心として、図9に平行な方向304に相当するロール角度の調整が可能となる。ロール角度304の調整は、調整溝16bに挿入された偏心ピンの回転調整により行われる。
図10は、コリメートレンズの真直度の調整方法を説明する図である。図において、コリメータレンズ6により平行光束203に変換された光は、ベース1の穴1bを通過して、オートコリメータ400に入射される。このオートコリメータ400は、平行光束203の入射角度をモニタする。
オートコリメータ400の各構成部、及び機能を説明する。オートコリメータ400に入射された平行光束203は、コリメートレンズ401より収束され、プリズム402で折り曲げられた後、CCD等の2次元光検出器403に導かれる。モニタ404では、2次元光検出器403からの出力を得ることにより、基準位置に対する光束の入射角度を観測することができる。
コリメートレンズの真直度の調整方法の手順は、以下の通りである。まず、半導体レーザ2の発光点とコリメートレンズ6の主点とを結ぶ光軸と、オートコリメータ400の基準を合わせる。これにより、モニタ404上の光の観測点は初期位置405として見ることができる。次に、コリメートレンズ6を可動ストロークの前方側に移動させる。これは実際の再生、記録動作時に、光ディスクに近づく方向に動作させること同じである。コリメートレンズ6を移動させた場合、レンズ駆動装置の真直度が0ならば、初期に定めた光軸が変動しないため、ベース1からの平行束203は、変化なくモニタ404上の初期位置405として観測される。
しかし、真直度に変動がある場合は、平行光束203の出射角度が変動するため、オートコリメータ400のモニタ404上では、初期位置405からずれた位置406ないし位置404など、変動方向に離れて観測される。なお、コリメートレンズ6を可動ストロークの後方に移動した場合も同様である。つまり、レンズ駆動装置の真直度が0であれば初期位置405として観測され、真直度に変動がある場合は、ずれが生じる。
したがって、レンズ駆動装置の真直度を調整するためには、オートコリメータ400を使用し、モニタ404で観測される平行光束203の入射角度の変動がなくなるように、レンズ駆動装置のピッチ角度、及びロール角度の調整を行えばよい。
すなわち、まず第1に、レンズ駆動装置のコリメートレンズ6を光軸に対して垂直な面が球面座16cの中心とコリメートレンズ6の主点を通る位置とした後、球面座16cの中心をベース1に対する支点として、光軸に対するピッチ角度とロール角度の調整を行う。次に、コリメートレンズ6を光の進行方向に移動し、同じように、球面座16cの中心をベース1に対する支点として、角度の調整を行う。さらに、コリメートレンズ6を光の進行方向とは逆の方向に移動した後、角度の調整を行う。
この調整方法により、レンズ駆動装置の真直度を高精度に確保することができる。したがって、従来のレンズ駆動装置のような、コリメートレンズを保持するホルダの軸受け長さを大きくする、ホルダのガイド軸のスパンと長さを大きくする等の対策が不要となり、装置を小型化することができる。
特に、透過層が薄い光ディスクに対して再生、記録動作を行う場合や、高密度での記録、再生動作を行う場合、高い精度のレンズ駆動装置の真直度が要求される。また、光の波長が短い場合、開口率が高い対物レンズを使用する場合も、同様に真直度が要求される。本実施の形態に係るレンズ駆動装置、光ピックアップ装置は、従来よりも小型化された構造で、かつ、従来よりも簡単な方法で、高精度なコリメートレンズの真直度を得ることができる。
ブルーレイディスク方式では、光の波長が約400nmであり、一般的に開口率が約0.85の対物レンズを使用する。これに対し、DVD方式では、約650nmの波長の光であり、開口率が約0.6の対物レンズが使用される場合が多い。さらに、ブルーレイディスク方式では、透過層の厚みが約0.1mm程度であり、0.6から1.2mm程度の厚みであるDVD方式と比較しても非常に薄い。したがって、ブルーレイディスク方式に本実施の形態に係るレンズ駆動装置を適用すると、効果が非常に大きい。
なお、本実施の形態では、光の進行方向にあるベース1の筐体に開口された穴部1aを設けたが、この位置に限定されるものではなく、コリメートレンズ通過後の光を観測できる位置ならどこでもよい。すなわち、コリメートレンズ通過後の光をミラー等で反射したあとで観測してもよい。
実施の形態2.
図11は、本実施の形態2によるレンズ駆動装置を説明する斜視図で、実施の形態1の図4に相当するものである。図から明らかなように、本実施の形態に係るレンズ駆動装置は、取付ベース16に円筒状の突起部500が一体成形されている点にある。
光ピックアップのベース1の、この突起部500と対向する個所には、球面状で構成された凹部を設ける。この球面状の凹部の中心は、コリメートレンズの中心光軸と一致している。
そして、円筒状の突起500を、ベース1の球面で構成されたくぼみにあわせ、スプリング20とねじ21、22で取り付ける。これ以降の具体的な調整手順は実施の形態1と同様であるので省略する。
上記のように光ピックアップのベース側にコリメートレンズの中心光軸と中心が一致する球面で構成されたくぼみと、コリメータ駆動装置の円筒状の突起を組み合わせることによっても、実施の形態1と同様な調整が可能である。
なお、実施の形態1、2では取付ベースに球面座、円筒状の突起部を設ける構造について説明したが、この形状に限られるものではない。レンズ駆動装置を光軸に対してピッチ角度、ロール角度の調整が可能な構造であればよく、例えば、角柱状、円錐状、三角錐状等でもよい。
また、球面座、円筒状の突起部が取付ベースと一体的に形成される場合について説明したが、別部品であってもよい。
また、レンズ駆動装置の調整位置を基準位置、可動ストローク前方側、可動ストローク後方側の3箇所としたが、いずれか2箇所であってもよい。
さらに、レンズ駆動装置の取り付け部を光ピックアップ装置としたが、光ピックアップ装置本体とは異なる別部材(取付部材)であってもよい。レンズ駆動装置を別部材に取り付けた後で光ピックアップ装置に取り付けてもよく、光ピックアップ装置に別部材を取り付けた後にレンズ駆動装置を取り付けてもよい。
さらに、調整溝16bは溝形状としたが、光軸に略平行なニ面を有していればよく、例えば小判状の穴であってもよい。
さらに、スプリング20は板バネとしたが、弾性機能を有していればよく、弦巻バネでもよく、またゴム等の弾性体であってもよい。

Claims (6)

  1. 取付ベースと、
    前記取付ベースと係合し、光軸方向に移動可能なコリメートレンズと、
    前記コリメートレンズを前記光軸方向に移動させる駆動源と
    を備え、
    前記取付ベースは、自装置が取り付けられる取付部材に対し、前記光軸に対する取り付け時のピッチ角度、ロール角度が調整可能な支持部を有するとともに、
    前記取付部材と当接するバネと、前記光軸に関し前記バネと反対側に位置する、前記取付部材に取り付けるねじが貫通する穴とを有し、
    前記ねじの調整により、前記ピッチ角度の調整が可能なこと
    を特徴とするレンズ駆動装置。
  2. 前記レンズ駆動装置は、
    偏心ピンと係合する係合部を有し、
    前記偏心ピンの調整により、前記ロール角度の調整が可能なこと
    を特徴とする請求項1に記載のレンズ駆動装置。
  3. 請求項1または2に記載のレンズ駆動装置が取り付けられる光ピックアップ装置であって、
    筐体と、
    前記筐体に設けられた、前記コリメートレンズを通過した光源からの光を観測可能な開口部と
    を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
  4. 前記開口部は、前記光軸の延長線上にあること
    を特徴とする請求項3に記載の光ピックアップ装置。
  5. 請求項1に記載のレンズ駆動装置を、請求項3に記載の光ピックアップ装置に取り付ける取付調整方法であって、
    (A)前記支持部の中心と、前記コリメートレンズとを含む面が前記光軸に対して垂直な基準位置、
    (B)前記コリメートレンズが光の進行方向に移動した位置、
    (C)前記コリメートレンズが光の進行方向とは反対側に移動した位置、
    のそれぞれにおいて、前記ピッチ角度、および/または前記ロール角度の調整をおこなうこと
    を特徴とする取付調整方法。
  6. 前記ピッチ角度、および/または前記ロール角度の調整は、前記開口部から出射される光をオートコリメータにより観測し行うこと
    を特徴とする請求項5に記載の取付調整方法。
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