JPH0223546A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光記録・再生装置に用いられる浮動型光ヘッド
装置に関するものである。

従来の技術 従来、光記録・再生装置に用いられる光ヘッドは、高速
で回転する光ディスク面が撮れたり、偏心したりするた
め、常に集束レンズにはウォーカシング駆肋系とトラッ
キング駆動系とを具備させていた。すなわち、第９図は
その一般的な光ヘッドの斜視図を示しており、１０１は
集束レンズ、１０２はその支持部であり、この支持部１
０２にアーム１０３が固定され、その光に集束レンズ１
０１が取り付けられている。１０４はフォーカシングコ
イルで、光ディスクのそり、曲り、回転中の振れなどに
よる焦点ずれをなくすためフォーカシング駆動方向１０
７で動作するようになっている。また、１０５はトラッ
キングコイル、１（１６は永久磁石である。そしてトラ
ッキング駆動方向１０８で動作し、光ディスク面に追従
するようにしている。また、第１０図は他の一例でカン
チレバーを用いた駆動系の斜視図を示しており、１０９
は弾性体支持部、１１０は板ばね、１１１は弾性体支持
部１０９と一体化されたレバーである。そして、トラッ
キングコイル１０５は集束レンズ１０１の鏡筒側部に装
置され、光軸に平行なコイル線部には、近くに棒磁石（
図示されていない）を置いて磁界１１２を作用させ、フ
ォーカシング駆動方向１０７と磁界１１２′によりトラ
ッキング駆動方向１０８の駆動力を発生させている。上
記は集束レンズ１０１とその駆動系について、その構造
の一例について述べたが、光ヘッドの全体は、第１１図
の光路因に示すように、形状・重重とも大きくなる欠点
があった。すなわち、１１３は半導体レーザー、１１４
は半導体レーザー１１３からの光を平行光線にするコリ
メータレンズ、また１１５は楕円率を改善するためのプ
リズム、そして１１６は偏光プリズムで２Ｉ！１の直角
プリズムのどちらか一方の斜面に偏光膜をほどこしたの
ち斜面を接着て立方体としたもので、１１７は１７４波
長板である。そして、集束レンズ１０１はフォーカシン
グコイル１０４とトラッキングコイル１１５により光デ
ィスク１２３に記録された信号に対し、光ディスク信号
記録面から集束レンズ１０１の第２主点迄の距離２で追
従するようになっている。さらに、光ディスク１２３の
信号記録面より反射されたレーザー光は、集束レンズ１
０１．１／４波長板１１７および偏光プリズム１１６を
通過し、受光レンズ１１８に達し集束される。そのとき
半透明プリズム１１９によりレーザー光は２分割され、
半透明プリズム１１９を通過したレーザー光はシリンド
リカルレンズ１２０を通り、フォーカシング用ホトダイ
オ−トコ２１に達する。一方、半透明プリズム１１９で
反射されたレーザー光はトラッキング用ホトダイオード
１２２に達する構造になっている。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記した従来の光記録再生装置に用いられる光
ヘッドの光学系では、集束レンズの焦点距離が一般的に
４．３ｎｒｇ程度あり、信号記録面か１う集束レンズの
カバーガラス面までの距離も大きくｌｌｎ位となる。ま
た、コリメータレンズでも２枚構成のものが多く用いら
れており、その焦点距離は１４１１前後が一般的である
。このように使用されるレンズの焦点距離が定まり、レ
ンズの収差を除去するためのレンズ構成から光路長が決
まり、さらに光ヘッド＠ｆｆｉの大きさ、重重も必然的
に決まってくる。このため従来の構成では、フォーカシ
ング駆動およびラジアル方向のトラッキング調整に時間
がかかりアクセス時間を短縮できないという課題があっ
た。

そこで、本発明は上記課題を解消し得る光ヘッド装置を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の第１の手段は、光ヘッ
ドを構成するレンズ系を非球面かつフレネルレンズ化し
た光ヘッド装置であり、さらにこの構成において、光学
系に６けるフォーカシングレンズと１７４波長板とを一
体化させるようにしたも、４ｆ のである。

また、本発明の第２の手段は、光ヘッドを構成するレン
ズ系を非球面かつフレネルレンズ化ヒすることにより光
学系を短焦点化し、光ヘッド組立体を浮動型スライダー
と一体化して光学系を固定焦点式とし、かつ光ヘッド組
立体と一体化した浮動型スライダーの支持部に圧電素子
からなるトラッキング調整機構を設けた光ヘッド装置で
あり、さらにこの構成において、光ディスクが正常動作
に至る間、遅延回路の動作により浮動型スライダーは光
ディスク面から離れた位置にあり、正常動作になった時
点で浮動型スライダーが光ディスク而に対し所定の位置
に移行させるようにしたものである。

作用 上記第１の手段によると、レンズ系に非球面かつフレネ
ル化されたレンズを使用して短焦点化したので、光路長
を短くすることができ、また同時に近軸光線、辺縁光線
ともに同一点に焦点を結ばせることが可能となり、シャ
ープなフＪ−カシングスボットを青ることができる。さ
らに、１／４波長板と集束レンズとを一体化することに
より軽量・小型化が可能となる。

上記第２の手段によると、光ヘッドのレンズ系に非球面
フレネルレンズを用いることにより短焦点化して小型軽
量化を図るとともに、光ヘッド組立体と浮動型スライダ
ーとを一体化することにより固定焦点式の光ヘッドを青
ることができる。さらに、ラジアル方向のトラッキング
調整機構をスライダーの支持部に設けたので、光ヘッド
組立体の集束レンズ部のトラッキング調整機構を除去す
ることができ、これにより光ヘッド組立体および浮動型
スライダーを一体化した浮動スライダー組立体の荷重を
軽減できる。すなわち、慣性モーメントを小さくするこ
とができ、そのため姿勢の制御もしやすくなり、この結
束アクセス時間の短縮が可能となる。

実施例 以下、本発明の第１の実施例を第１図〜第３図に基づき
説明する。

第１図は光学系を示した光路図である。第１図において
、１は半導体レーザー、２は非球面フレネルコリメータ
レンズで、半導体レーザー１から発光されるレーザー光
が楕円状となるため、非球面フレネルコリメータレンズ
２は円形状または楕円状のいずれでも使用可能である。

そして、３は半導体レーザー１からのレーザー光の楕円
率を改善するプリズムであり、４は偏光半透明鏡で、プ
リズム３に対向している面には反射防止躾をほどこし、
レーザー光の反射防止を少くし、またフォーカシングレ
ンズに対向している面には偏光膜をほどこしである。次
に、５は１７４波長板で光ディスク６に対向する面に非
球面フレネルフォーカシングレンズが一体化して設けら
れている。そして、７はフォーカシング駆動系であり、
８はトラッキング駆動系である。さらに光ディスク６の
信号記録面から反射されたレーザー光は非球面フレネル
フォーカシングレンズおよび１７４波長板５を通り、偏
光半透明鏡４により偏光膜に垂直なレーザー光のみ非球
面フレネル受光レンズ９に反射される。

また、１０は非球面フレネル受光レンズ９からの光を２
分割する半透明鏡で、一方のレーザー光はフレネルシリ
ンドリカルレンズ１１を経てフォーカシング用ホトダイ
オード１２に達する。さらに、半透明鏡１０で反射され
たレーザー光はトラッキング用ホトダイオード１３に達
する。

これらの光学系は、レンズを非球面フレネルレンズ化す
ることにより、それぞれの焦点距離を短かくして、近軸
光線と辺縁光線との焦点位置を合すようにするためフォ
ーカシングスポットがシャープとなり、小型・軽量化を
図ることができると同時に効率の向上をすることができ
る。

第２図ａは非球面レンズを示しており、また第２図すは
非球面レンズをフレネル化したものを示す。このレンズ
は、ガラス基板上に電子ビームレジストをコーティング
し、電子ビーム描画装置によりフレネル化して形成され
る。すなわち、円または楕円曲線走査後、加工ピッチ（
Ｐ−Ｐ１Ｐ２・・・Ｐｎ）Ｏ，１〜０．３μｍ位で膜厚
分布に対応する露光量分布を与え、現像処理を行いレジ
ストの膜厚を変化させてフレネルレンズを形成する。

この方法では１１球面レンズの厚さＴに対し、非球面フ
レネルレンズの厚さｔはガラス基板の厚さおよびレジス
トによる蔭躾の厚さであり、Ｔ＞ｔとなる。また、非球
面フレネルフォーカシングレンズが一体化された１７４
波長板５の場合は、一般に１７４波長板は水晶で作られ
ており、水晶基板上に電子ビームレジストをコーティン
グして上記と同様の手順で作ることができる。

さらに、第３図はフレネルシリンドリカルレンズを示し
ており、このレンズはフォーカシング信号を取り出し時
点収差を発生させる目的で用いられる。すなわち、非球
面レンズでは、電子ビーム描画装置により円または楕円
曲線走査したのに対し、フレネルシリンドリカルレンズ ーム描画装置の平行移動により中心線に対し対称的にレ
ジストの膜厚を変えることにより形成される。

上記構成によると、光学系の中でレンズを非球面フレネ
ル化することにより短焦点距離セし、しかも偏光プリズ
ム・半透明プリズムをそれぞれ偏光半透明鋭および半透
明鏡とすることで１！量化を図り、さらに１７４波長板
とフォーカシングレンズを一体化することにより光路長
の短縮および軽量化を実現することにより、光ヘッド装
置としての効率は向上し、全体として小型・軽量化され
る。

次に、他の実施例を第４図〜第８図に基づき説明する。

第４図は、浮動スライダー組立体およびスライダー支持
部の分解斜視図であり、各部機能について詳細に説明す
る。すなわち、２１は浮動スライダーであり、２３の光
ヘッド組立体と一体化したものが浮動スライダー組立体
２２である。この浮動スライダー組立体２２はジンバル
２４を小論じ（ジンバル固定中心！１１０Ｌ２をはさん
で対称の位置にある。）２５により固定されており、さ
らにこの２本の小ねじ２５の中心線と上記ジンバル固定
中心１０Ｌ２とのクロスポイントにスライダー支点２６
が設けられている。また、非磁性材料よりなりアーム２
７のジンバル固定中心線ＣＬ２上に設けられた突出部２
８、２８’はジンバル２４側に突出しており、突出部２
８、２８’先端とジンバル２４は溶接により固定されて
いる。すなわち、非磁性材料よりなるアーム２７の先端
にあるジンバル固定部は、高速で回転する光ディスク面
に対し光ディスクの回転数が一定でかつ浮動スライダー
２１の浮上面面積が一定であれば常に光ディスク面に対
する浮上吊は一定の高さとなり、さらに光ディスクのそ
り、曲り、振れなどに対してはスライダー支点２θを中
心に浮動スライダー組立体２２の横揺れおよび縦揺れを
防止する方向にジンバル２４が働くことになる。このた
め光ディスクの回転時においては、浮動スライダー２１
は常に一定量の浮上をし、しかも姿勢は安定覆ることに
なり、集束レンズを固定焦点方式とすることができるた
め、光ヘッド組立体２３より焦点調整ＩＨＡを除去する
ことができ、さらに光ヘッド引立体２３の軽量化を図る
ことができるという相乗効果がある。

次に、２９は非磁性材よりなる板ばねであり、また３０
はアーム中心支持軸である。そして、非磁性の板ばね２
９の中心部には中空部分があり、その両端には折曲部３
１．３１’をもち、光ディスクが静止している状態にお
いては光ディスク面より浮動スライダー２１が離れるよ
うな付勢力が働くようになっている。このときのアーム
２７の支点はアーム主軸３２が基準となり、アーム主軸
３２とアーム２７は自由回転し、しかも嵌合精度良く作
られている。さらに、３３は上部ペースマウントであり
、非磁性板ばね２つの一部を圧積して下部ペースマウン
ト３４に取り付けられ一体化されている。

次に、３５は圧電素子よりなる組立体でラジアル方向の
微小トラッキング調整を行う働きをする。

このため光ヘッド組立体２３の集束レンズよりトラッキ
ング調！！機構も除去できることになる。また、アーム
中心支持軸３０は永久磁石により構成されるとともにア
ーム２７に固定されており、板ばね２９と接する面は球
状面になっており、折曲部３１．３１’での折曲に対し
、板ばり２９の表面を球状面がスライドする４１１造と
なっている。すなわち、板ばね２９の折曲、または圧電
素子岨立体３５の動作に対応して、アーム主軸３２を基
準として板ば勾２９の表面を球状面が摩擦抵抗少なく移
動するようになっている。また、板ばね２９に設けられ
たワイヤー押え３６は半導体レーザーと受光素子からの
リード線を固定させるためのものである。さらに、３７
はカバーであり、その先端部のアーム中心支持軸３ｏに
対応する位置にソレノイド３８が固定されている。そし
て、固定ねじ３９により、カバー取付用のタップ孔４０
に取り付けられる。このとき、アーム中心支持軸３０は
たとえば上側の極が８１下側の極がＮとなるような永久
棒磁石であり、その棒磁石に対応するソレノイド３８の
コイルに通電したとき棒磁石と接する而をＳ極、その対
応極をＮＷＡとしたとき、通電していないとき、すなわ
ち光ディスク２ｏが回転していないときには浮動スライ
ダー組立体２２は板ばね２９の折曲部３１の働きにより
光ディスク２ｏの面より離れる方向に力が働くが、光デ
ィスク２ｏが正常回転してからソレノイド３８が動くよ
うな遅延回路を設けることにより、光ディスク２ｏが正
常に回転したのち、カバー３７に固定されたソレノイド
３８のＳ極によりアーム２７に取り付けられている棒磁
石が反発し、板ばね２９は光ディスク２０に近づくこと
になり、浮動スライダー組立体２２は光ディスク２０の
面上の所定位置に設定可能となる。そして、すでに光デ
ィスク２０が高速回転しているため、光ディスク２０の
表面と浮動スライダー２１表面との間には空気の粘性に
よる薄流体層が発生し、一定寸法（光ディスク２０の面
より５μｍ以上）に近づくことはできない。これは、光
ディスク２０を形成する材質には、一般的に高分子材料
（多くはポリカーボネイト）が用いられており、光ディ
スク２０の表面に浮動スライダー２１が接触した状態で
は高分子材料が軟質であるため、傷が入りやすく、また
浮上量が磁気ディスクのように０．５μｍ以下と小さい
場合には、光ディスク２０の表面のそり、曲りによる撮
れ、またはほこりなどで浮動スライダー２１が接触する
のを防ぐための方策でもある。

第６図は、圧電素子組立体３５の一部切欠き斜視図であ
る。圧電素子４１は、アーム２７の中間部に設けられて
おり、圧電素子４１の端面には電極が付けられまたアー
ム２７との間は樹脂などで接肴固定されている。また、
４２は絶縁材料、４３は伸縮を保持するためのガイド、
４４は固定ビン、４５はリード線溝である。すなわち、
圧電素子４１のアーム２７と接する面に電極が設けられ
、リード線溝４５より、リード９４６が取り出されてい
る。そして、圧電素子４１に所定電圧を印加すると、圧
電素子４１は弾性波を励起し微動する。一般に、圧電素
子の微動範囲は１０１１から１０μｍ位であり、光記録
・再生方式のトラックピッチは１．６μｍ位である所か
ら最適の可動範囲が得られることになる。そして、第３
図において一旦伸長した圧電素子４１は、固定ピン４４
を基準にガイド４３の内面にある絶縁材料４２とアーム
支点軸側のアーム部２７ａとの間の摩擦力により保持さ
れる効果もあり、位置決め終了後はパワーを必要としな
い。

第７図は、光ヘッド明立体２３の断面拡大図であり、４
７は半導体レーザー、４８は非球面フレネルコリメータ
レンズであり、４９は半導体レーザー４７から発光され
る楕円状の拡散光、すなわち楕円率を改善するためのプ
リズム、５０は偏光膜を付した半透明鏡であり、５１は
１７４波長板である。さらに、５２は非球面フレネル集
束レンズである。そして、半導体レーザー４７からのレ
ーザー光は光ディスク２０の信号記録面２０ａ　ｔｃ集
束され、反射される。そのレーザー光は非球面フレネル
集束レンズ５２．１／４波長板５１を通り半透明鏡５０
により反射され、非球面フレネル受光レンズ５３に達し
、さらに受光素子５４上に集束する。光ヘッド組立体２
３に用いられるレンズ、すなわち、コリメータレンズ４
８、集束レンズ５２および受光レンズ５３は、非球面レ
ンズをフレネル化したものであり、軽量でしかも短焦点
となっており、しかもシャープに結像することができる
ため、光路長を短くできる利点がある。

さらに半透明！ｉ！ＳＯは、一般には２個の三角プリズ
ムの一方の斜面に偏光膜を付し立方体状に接肴されたも
のが用いられるが、本実施例においては、薄い平坦なガ
ラスの一方の面に偏光膜を付し半透明鏡として使用する
もので、著しく軽ｆｆ１（ヒすることが可能となった。

ここで、第８図に種々の浮動スライダー２１の形状を示
す。なお、（ａ）（ｂ）（ｃ）は平面図を示し、（ｄ）
（ｅ）（ｆ）はそれぞれの側面図を示す。

すなわち、浮動スライダー２１の平面形状は、円形状（
ａ）でもよく、円形の両側部を切断した形状（（ａ）の
破線で示す）でもよく、楕円形状（ｂ）でもよく、長方
形状（Ｃ）でもよい。また、光ディスク２０に対向する
而は、平面でもよいが、（ｄｉｅ）（ｆ）に示すように
、Ｒが３０００１１１１以上のシリンドリカル面または
球面でもよい。なお、第８図中、５２は集束レンズ、５
５は浮動スライダー２１に形成された姿勢安定用の空気
後は孔である。

上記の構成によると、光ヘッドＭｌｆｆに用いられる各
棒レンズを非球面フレネルレンズとし、偏光プリズム、
半透明プリズムをそれぞれ偏光半透明鏡、半透明鏡とす
ることで小型化、軽量化を実現し、さらに小型化、軽量
化されたことから浮動形と光ヘッドを一体化することで
光ディスク而に対する浮上量が一定となるため、光学系
を固定焦点化することが可能となった。また、非球面フ
レネルレンズを用いることにより、短焦点化することが
光路長は短くできレーザー光の損失も少くなり特性の向
上につながる。さらに光学系のトラッキング駆動機構を
光ヘッド支持装置に設けることにより光ヘッド部はさら
に軽量化される相乗効果が出てくると同時に、従来のよ
うに焦点調整、トラッキングＩ！！！を集束レンズで行
なう８要がなくなるため、光学系の＠整もしやすくなる
とともに光ヘッドとしての信頼性も向上する。

発明の効果 以上のように本発明の構成によれば、光ヘッドを構成す
るレンズ系を非球面かつフレネルレンズ化して短焦点上
を図ったので、装置の小型・軽量化を図ることができる
とともに、光路長を短かくできるので、レーザー光の損
失も少なくなって装置全体としての特性の向上につなが
る。さらに、光学系のトラッキング調整機構を光ヘッド
の支持部に設けたので、光ヘッド部はさらに軽量化され
たと同時に、従来のように焦点調整、トラッキング調整
を集束レンズで行なう必要がなくなり、光学系の調整も
しやすくなるとともに光ヘッドとしての信頼性も向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の光ヘッド装置の一実施例を示
すもので、第１図は光学系を示す側面図、第２図Ｔａ）
および（ｂ）は非球面レンズの側面図およびこれをフレ
ネル化したフレネルレンズの側面図、第３図はフレネル
シリンドリカルレンズの斜視図、第４図〜第８図は本発
明の光ヘッド装置の他の実施例を示すもので、第４図は
光ヘッド装置の分解斜視図、第５図は光ヘッド装置の平
面図、第６図は光ヘッドの支持部の一部切欠斜視図、第
７図は光ヘッド組立体の拡大断面図、第８図（ａ）ｆｂ
Ｈｃ）および（ｄ）（ｅ）（ｆ）は浮動スライダーの平
面図および側面図、第９図および第１０図は従来例の光
ヘッド装置の斜視図、第１１図は従来例の光ヘッド装置
の光学系を示す側面図である。 ２・・・非球面フレネルコリメータレンズ、４・・・偏
光半透明鏡、５・・・１７４波長板および非球面フレネ
ルフォーカシングレンズ、７・・・フォーカシング駆動
系、８・・・トラッキング駆動系、９・・・非球面フレ
ネル受光レンズ、１０・・・半透明鏡、１１・・・フレ
ネルシリンドリカルレンズ、２１・・・浮動スライダー
、２２・・・浮動スライダー組立体、２３・・・光ヘッ
ド組立体、２４・・・ジンバル、２７・・・アーム、２
９・・・板ばね、３５・・・圧電素子組立体、３８・・
・ソレノイド、４１・・・圧電素子、４８・・・非球面
フレネルコリメータレンズ、５０・・・半透明鏡、５１
・・・１７４波長板、５２・・・非球面フレネル集束レ
ンズ、５３・・・非球面フレネル受光レンズ。 代理人　　　森　　木　　義　　弘 第１図 ２−−−　＋）４；光フレネス“コ９メー７レンス゛４
１１．偽九十走萌雇艷 第２ 図 第４図 Ｐ ２３・−・光ヘット’Ｋｚ率 ２４・・・シ１ンパル Ｉ ソレノ４ト１ 第３ 図 第Ｓ 図 第１ −ｚｔ−ｔ） 第２ と二二二二二二二 と二二二二二二 ご二二二二＝：＝コ 第７図 ４Ｌ−・　→’ｌＥＭ］７し）ルコリメづレンスタジ　
−子連９１１４克 りｌ　−・　葎液長板 ＆２　・・・Ｉ）＋１ｉ１７ｖ＞ｂ某Ｌｂン；＜”り３
−・・４）４’１ｔｌ−ｙし）ル斐兄にン人′第デ図 第〆り図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ヘッドを構成するレンズ系を非球面かつフレネル
   レンズ化した光ヘッド装置。 ２、光学系におけるフォーカシングレンズと１／４波長
   板とを一体化した請求項１に記載の光ヘッド装置。 ３、光ヘッドを構成するレンズ系を非球面かつフレネル
   レンズ化することにより光学系を短焦点化し、光ヘッド
   組立体を浮動型スライダーと一体化して光学系を固定焦
   点式とし、かつ光ヘッド組立体と一体化した浮動型スラ
   イダーの支持部に圧電素子からなるトラッキング調整機
   構を設けた光ヘッド装置。 ４、光ディスクが正常動作に至る間、遅延回路の動作に
   より浮動型スライダーは光ディスク面から離れた位置に
   あり、正常動作になった時点で浮動型スライダーが光デ
   ィスク面に対し所定の位置に移行させるようにした請求
   項３に記載の光ヘッド装置。