JPH0352127A

JPH0352127A - 光ヘッド

Info

Publication number: JPH0352127A
Application number: JP1186444A
Authority: JP
Inventors: Isao Sato; 勲佐藤; Sadao Mizuno; 定夫水野; Noboru Yamada; 昇山田; Yasuhiro Goto; 泰宏後藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1991-03-06

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ディスクに情報を記録再生する光情報記録再
生装置の光ヘッドに関し、特に光ディスクの表面を浮上
してレーザ光で信号を記録再生する光ヘッドに関するも
のである。

従来の技術光ディスクを記録媒体として用いた記録再生装置は、記
録密度で磁気記録再生装置に優るが、アクセス速度は十
分とは言えない．これは、信号を記録再生する記録再生
ヘッドの質量の違いによる．即ち、磁気ヘッドは非常に
軽量，小型であるのに対して、光ヘッドは大型で重い．
このような課題を解決する方法として、分離光学系方式
の光ヘッドがある．また、面記録密度の点では、光ディ
スクがトラック密度の優位性から数倍から１０倍程度高
密度である．しかし、ドライブ装置して比較するとメモ
リ容量はほぼ同じレベルにある．これは、磁気ヘッドが
非常に小型なので、磁気ディスクを複数枚積み上げたス
タック構造を採用できることにその理由がある．従って
、光ディスクのメモリ容量を上げるには、面記録密度の
向上と光ヘッドの小型化による光ディスクのスタック化
が課題である。

光記録の面記録密度Ｄは、光波長をλ、絞りレンズの開
口数をＮＡとして［］ａ＝　（ＮＡ／λ）２であるから
、面記録密度を高くするには波長を短くするか、レンズ
のＮＡを高くする二通りのアプローチがある．光波長λを短波長化は、半導体レーザ技術の進歩を待た
ねばならない．現在、６７０ｎｍの半導体レーザの開発
が急がれているが、これ以下の波長のレーザを可能にす
る結晶材料はまだ実用に耐えるものがなく、絞りレンズ
のＮＡを上げるのが現実的である。

しかし、光ビームをディスク基板を通して記録層に照射
して信号を記録再生するディスク構造ではレンズの作動
距ｌｉ１１ＷＤ　（Ｗｏｒｋｉｎｇ　　Ｄｉｓｔａｎｃ
ｅ）が長く、レンズのＮＡを上げることは、直接レンズ
の大型化につながりヘッドを小型にできない．また、光
ディスクは面振れが１００μｍ程度あり、可動範囲の広
いレンズアクチュエー夕が必要なことも光ヘッドの小型
化を妨げていた．従来の光ヘッドとしては、たとえば特開昭６４−３５７
３４号公報に示されている．第５図はこの従来の光ヘッドの構成図を示すものであり
、１は光ディスク、５はコリメート光６を出射する固定
光学部、２５はレーザ光６を光ディスク１のトラック２
８に集光させる可動光学部、８はレーザ、１１はレーザ
８の出射光を千行光に整形するコリメートレンズ、９は
光ディスクｌからの反射光をレーザＢに戻さないでフォ
トディテクタｌ３に反射して信号を検出するための偏光
ビームスプリフタ、ｌＯはλ／４仮、ｌ２は非点収差を
発生させるシリンドリカルレンズ、１３は光ディスクｌ
からの反射光を受光してサーボ信号や再生信号を検出す
るフォトディテクタ、２４はコリメートレンズｌ１をフ
ォーカシングやトラッキソグするために動かすアクチュ
エー夕、６はコリメート光、２６は全反射ミラー、２７
はコリメート光６を光ディスクｌのトラック２８に集光
する絞りレンズ、２８は信号を記録再生するトランク、
２９はリニアモー夕、３０はレールである。

以上のように構戒された光ヘッドについて以下説明する
．第５図において、光ヘッド部は固定光学部５と移動光
学部２５に分割され、移動光学部２５を回転する光ディ
スクｌの径方向にリニアモータ２９でレール３０に沿っ
て移動させるようにしている．コリメートレンズ１１で
集光されたレーザ８のコリメート光６は全反射ミラー２
６で反射されて、絞りレンズ２７で光ディスク１のトラ
ック２８にほぼ垂直に集光される。光ディスクｌからの
反射光は、λ／４板ｌＯの作用で偏光ビームスプリンタ
９でほぼ全反射され、シリンドリカルレンズｌ２を介し
てフォトディテクタ１３に入射する．フォトディテクタ
１３は、シリンドリカルレンズ１２の非点収差でフォー
カス誤差信号を、またファーフィールド・プッシュプル
法でトラッキング誤差信号を検出する．光ディスクｌの
面振れによって生ずる絞りレンズ２７のフォーカスずれ
は、コリメートレンズ１１をアクチュエータ２４で駆動
することによって合焦点状熊にする．レーザ８をデータ
信号で記録パワーレベルで強度変調すると対応トランク
にデータが記録される．発明が解決しようとするｉｉＢしかしながら上記のような構威では、アクチュエータ２
４は光固定光学部５のコリメートレンズｌ１を光ディス
クＩの面振れ量と同程度移動させる必要があり、アクチ
ュエータ２４が大型化し駆動パワーが必要で、さらにコ
リメートレンズｌ１の移動距離が大きいことはコリメー
ト光６が大きな発散角度域は収束角度を持つことになる
ので、絞りレンズ２７に入射するコリメート光６が平行
光でなくなって良好に絞ることができず、また光ディス
ク１の反射光がフォトディテクタｌ３上で位置ずれを生
じ、その結果フォーカス誤差信号にオフセットを持ち、
サーボ精度が悪くなるという１１１１があった．また、可動光学部２５はレール３０に取り付けられ、レ
ール３０に沿って移動することでトラック検索を行うた
め、光ディスクｌの面振れなどから絞りレンズ２７は比
較的大きな作動距１１ｉ１１ＷＤが必要となり、レンズ
の直径が小型化できず、その結果高いＮＡの絞りレンズ
２７を使うと可動光学部２５が大型になるという課題を
有していた．本発明はかかる点に鑑み、光ヘッドの小型
軽量化ができ、あわせて高いＮＡの絞りレンズを持ち、
高密度記録再生ができる光ヘッド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本発明は、レーザ光源と、レーザ光源の出射光を集光す
るコリメートレンズからなる集光手段と、集光された光
ビームを光ディスクの記録再生面にほぼ垂直に反射する
光反射手段と、光反射手段で反射された光ビームを記録
再生面に集束する絞りレンズと、記録再生面からの反射
光を分離する光分離手段と、分離した反射光を受光する
光検出手段と、絞りレンズと光反射手段とを装着して記
録再生面上に浮上するスライダーと、絞りレンズ或はコ
リメートレンズに装着された駆動素子、またはスライダ
ーと移送手段とを結合するレバーを駆動する駆動素子と
いう構威を備えたものである．作用本発明は上記した構威により、絞りレンズと光反射手段
をスライダーによって光ディスクの記録再生面上に空気
層を介して浮上させ、光ビームを記録再生面に絞ると同
時に、光ディスクの記録再生面の周速度変化によるスラ
イダーの浮上高さ変動を駆動素子によって絞りレンズ或
はコリメートレンズを光軸方向に動かして補正し、絞り
レンズを記録再生面に合焦点する．実施例以下本発明の一実施例の光ヘッドについて、図面を参照
しながら説明する．第１図は本発明の第１の実施例における光ヘッドの構戒
図である．第１図において、第５図と同じ番号は第５図
の構成要素と同じものを表す，２は光ディスクｌを回転
するモータ、３は光ディスク１をモータ２に固定する回
転軸、４はディスク基材の表面にトラックを形戒して記
録媒体を蒸着した信号の記録再生面、７はコリメート光
６を絞って光ディスクｌの記録再生面４に集束して信号
を記録再生する可動光学部、ｌ４はコリメート光６をほ
ぼ直角に反射する全反射プリズム、ｌ５は絞りレンズ、
ｌ６は絞りレンズと全反射プリズム１４を記録再生面４
に空気を介して浮上するスライダー、１７は絞りレンズ
１５をスライダー１６の浮上面を基準に上下さすＰＺＴ
セラミックなどの圧電素子である．上記のように構威された、光ヘッドについて以下詳しく
説明する．光ヘッド部は固定光学部５と移動と可動光学部７に分割
され、可動光学部７を高速回転する光ディスク１の径方
向に移動させてトラック検索を行う．コリメートレンズ
１１でコリメートされたレーザ８のコリメート光６は、
全反射プリズム１４で反射されて、絞りレンズｌ５で光
ディスクｌの記録再生面４にほぼ垂直に集束される．光
ディスク１からの反射光は、λ／４板１０の作用で偏光
ビームスブリッタ９でほぼ全反射され、シリンドリ力ル
レンズ１２を介してフォトディテクタｌ３に入１↑する
．フォトディテクタｌ３は、シリンドリカルレンズｌ２
の非点収差でフォーカス誤差信号を、またファーフィー
ルド・プッシュプル法でトラッキング誤差信号を検出す
る．スライダーｌ６は、光ディスク１の周速度とスライダー
１６の形状及び可動光学部７の質量で決まる浮上高さで
記録再生面４と空気層を介して浮上するので、光ディス
クｌの外周と内周でスライダーｌ６の浮上高さが異なり
、絞りレンズｌ５が記録再生面で焦点ずれを発生する。

例えば、Ｉｇｒ程度の可動光学部７を１８０ｏｒｐｍ回
転で面積１ｃｄ程度のスライダーを使用すると数７ｚｍ
から１０ａｍの浮上高さが得られ、最内周と最外周では
約数μｍの差が生じる．絞りレンズ１５のフォーカスず
れは、リング状の圧電素子ｌ７にフォトディテクタ１３
で検出したフォーカス誤差信号を増幅した電圧を印加し
て、厚み変位を起こして補正し、合焦点にする．スライ
ダー１６の記録再生面４からの浮上高さを１０μｍ程度
とすると、作動距ｊｌＷＤを非常に短くできるので、絞
りレンズｌ５のサイズを限界まで小型にできる．更に、スライダー１６は光ディスクｌの記録再生面４に
沿って浮上し、絞りレンズ１５の光軸が記録再生面４と
ほぼ垂直となって、光ディスクｌの傾きの影響を受けに
くく、絞りレンズｌ５のＮＡを大きくできる．特に、浮上高さをｌＩＩｍ程度にすると浮上高さ変化は
１μｍ以下となり、ほんのわずかのフォーカス調整でよ
い。

一般に、ＰＺＴに代表される厚電セラミックは、電圧を
印加することによって〜１０”２程度の変位をするから
、ＩＩＩｍの変位は０．１ｍ程度の厚さの小型の厚電素
子で容易に得られる．絞りレンズｌ５の許容魚点深度は、絞り光ビームの中心
強度の８０％以上を保持する距離とすると、Δαλ／２
　（ＮＡ）２で与えられる。例えば、λ−７　８　０　
ｎｍ，　ＮＡ−０、８とすると、Δ−０．６μｍとなり
、フォーカス制御利得は従来の５０数ｄＢに比較して２
５ｄＢも低い利得でよいことになる．浮上高さの補正は、絞りレンズ１５を移動して行われる
ので、固定光学系５から可動光学部７の絞りレンズｌ５
に入射するコリメート光６は完全な平行光であるから、
絞りレンズ１５によって良好な集光スポットが得られ、
また反射光の角度変化が小さいためオフセットの少ない
フォーカス誤差信号が得られる．第２図は第１図の実施例におけるフォーカス補正動作を
示した図で、（ａ）はスライダー１６が浮上し過ぎの場
合、（ｂ）はスライダーｌ６が適正な浮上状態にある場
合、（Ｃ）はスライダーｌ６が浮上不足の場合である．第２図の（ａ），　（ｂ），　（Ｃ）において、光ディ
スクｌの記録再生面からのスライダー１６の浮上面（記
録再生面側の面、第３図スキ一部２ｌ参照）の浮上高さ
ｈｌ，ｈ２，ｈ３は、ｈｌ＞ｈ２＞ｈ３である．従って
、それぞれで合焦点にするためには、第２図に示すよう
に絞りレンズ１５の作動距離Ｈが一定になるように圧電
素子ｌ７の厚さを、ｔｌ，Ｌ２，ｔ３　（１１＜ｔ２＜
Ｌ３）と考えればよい．浮上高さの変動は高々数μｍ程
度で、これは圧電素子で容易に制御可能な値である．一
方、浮上型でない従来の光ヘッドでは、ディスク面振れ
量１００μｍ程度の距離を補正する必要があるが、これ
を小型の圧電素子で実現することは極めて困難である。

以上のように、本実施例によれば可動光学部７を記録再
生面４に空気層を介して浮上さすことで記録再生面４の
フォーカスずれ量を従来の数ｌＯ分の一に抑え、絞りレ
ンズ１５を微動して、浮上高さ変動を補正することによ
って、良好な光絞り性能とサーボ誤差信号の検出ができ
る小型，軽量の可動光学部７を持った光ヘッドができる
．第３図は本発明の第２の実施例における光ヘッドの構
成図である．第３図において、第１図と同じ番号は第ｌ
図の構戊要素と同しものを表す．ｌ８は可動光学部７を
リニアモータ１９に固定するレバー、ｌ９は可動光学部
７を光ディスク１の径方向に移送してトラック検索する
りニアモー夕、２０はレバー１８を挟んで張り合わせた
圧電素子、２ｌはスライダーｌ６のスキ一部である。

上記のように横威された光一・ソドについて以下説明す
る．固定光学部５から出射されたコリメート光６は全反
射プリズム１４で反射されて、絞りレンズ１５で光ディ
スクｌの記録再生面４にほぼ垂直に集光される．スライダーｌ６はスキ一部２ｌで光ディスクｌの記録再
生面４から光ディスク回転数で決まる高さに浮上する。

レバー１８に張り付けられた圧電素子２０は、フォーカ
ス誤差信号電圧を印加されて、レバーｌ８の表裏に張り
付けられた圧電素子がそれぞれ伸長．収縮してレバー１
８をほぼ光ディスクｌに垂直に屈曲変位させて、可動光
学部７を動かす．この結果、ディスク周速度の差による
スライダーｌ６の浮上高さの違いが補正される．絞りレ
ンズ１５の変位は、レバー１８の表と裏に張った圧電素
子を逆方向に変位させることと、レバーｌ８のてこの作
用で増幅される．従って、浮上高さが大きくて、その変
動が大きな場合であっても小型の圧電素子で容易にその
変動を補正できる．以上のように、本実施例によれば可動光学部７を記録再
生面４に空気層を介して浮上したスライダーｌ６の浮上
高さ変動をスライダーｌ６を固定するレバー】８に設け
た小型の駆動素子２０によって容易に補正でき、また可
動光学部７は特別なアクチュエータ素子を内蔵しないの
で小型化ができ、第ｌ図の実施例と同様にコリメート光
６は平行先のままであるから絞りレンズｌ５で良好な絞
りスポットが得られ、サーボ誤差信号にオフセットが少
ない．第４図は本発明の第３の実施例における光ヘッドの構成
図である．第４図において、第１図と同し番号は第ｌ図
の構戒要素と同じものを表す．２２はリング状の圧電素
子、２３は圧電素子２２を固定する固定部である．上記
のように構成された光ヘッドについて以下説明する．光ヘッド部は固定光学部５と移動と可動光学部７に分割
し、可動光学部７を回転する光ディスクｌの径方向に移
動させてトラック検索を行う．コリメートレンズ１１で
コリメートされたレーザ８のコリメート光６は全反射プ
リズム１４で反射されて、絞りレンズ１５で光ディスク
ｌの記録再生面４にほぼ垂直に集光される．光ディスク
ｌからの反射光は、λ／４板ｌＯの作用でビームスプリ
ンタ９でほぼ全反射され、シリンドリカルレンズｌ２を
介してフォトディテクタｌ３に入射する．フォトディテ
クタ１３は、シリンドリカルレンズ１２の非点収差でフ
ォーカス誤差信号を検出する．可動光学部７はスライダ
ーｌ６で光ディスクｌの記録再生面４上に空気層を介し
て浮上するが、高速回転するディスクｌの最内周と最外
周の周速度の差によって浮上高さに変化が生して、絞り
レンズ１５は記録再生面４で合焦点できない．フォトデ
ィテクタ１３で検出されたフォーカスずれを示すフォー
カス誤差信号を電圧増幅して圧電素子２２に印加して厚
み変化を起こしてコリメートレンズ１１を光軸方向に駆
動する．コリメートレンズ１１の移動は、コリメート光
６を平行光から発散光或は集束光に変化させ、絞りレン
ズｌ５の集光スボントを合焦点位置に保持する。従って
、浮上高さが変化しても絞りレンズ１５の集光スポット
を記録再生面で常に合焦点に保つことができる．コリメ
ートレンズｌ１の移動距離は、浮上高さ変動値のコリメ
ートレンズ１１と絞りレンズ１５の光学系の絞り倍率倍
になるから高々数１０μｍである．一方、従来の光ヘッ
ドではディスク面振れ！１００μｍ程度の距離を補正す
る必要があり、コリメートレンズ１ｌの移動距離は数１
００μｍと大きな値となる．即ち、上記実施例においてはコリメートレンズ１ｌの移
動がわずかなので、コリメート光６はほぼ平行光となり
、絞りレンズ１５が良好な絞り性能を示しかつ反射光の
平行光からの角度変化が小さくなるので外乱の少ないフ
ォーカス誤差信号が得られる．特に、可動光学部７を記録再生面４上に浮上させること
によって、スライダー１６が光ディスクｌの記録再生面
４に沿って浮上して絞りレンズｌ５の光軸が記録再生面
４とほぼ垂直となるため光ディスク１のｔｉｌｔきに非
常に強くなる．従って、絞りレンズ１５のＮＡを大きく
できる．以上のように本実施例によれば、可動光学部７
の浮上高さ変動を固定光学部５のコリメートレンズ１１
を駆動して容易に補正でき、また可動光学部７は特別な
アクチュエータ素子を内蔵しないので小型化ができる．以上の実施例では、記録再生面４は光ディスクｌのディ
スク基材の表面に蒸着した記録媒体を例に説明したが記
録媒体は酸化防止膜或はスライダー１６の衝突による破
壊を防ぐ保護薄膜が形威されてもよい．なお、本発明は光ディスク基材の厚み精度がよければ、
ディスク基材側から光ビームで信号を記録媒体に記録再
生する通常の光ディスクにも適用できる．また、コリメートレンズ１１とレーザ８の光路中にビー
ムスプリッタ９とλ／４板ｌｏを配置した固定光学系５
を示したが、レーザ８の直後にコリメートレンズ１ｌを
配してコリメート光６をビームスプリッタ９とλ／４板
１０に入射する光学系でもよい．また、以上で示した実施例は、本発明の説明に必要な最
低限の構成要素を示したに過ぎず、光ディスクドライブ
装置を構戒するのに必要な公知の手段が必要に応じて使
用されることは当然である．発明の効果以上説明したように本発明によれば、絞りレンズを装着
したスライダーを光ディスクの記録再生面に空気層を介
して浮上させることによって、記録再生面の面振れにほ
ぼ無関係にスライダーの浮上高さ変化をほぼ数μｍ以下
にして、フォーカス制御に必要なレンズの可動距離を抑
え、高ＮＡの絞りレンズで光ビームを微小スポットに集
束でき、オフセットの少ないサーボ誤差信号の検出がで
きる小型，軽量の光ヘッドを実現でき、トラックアクセ
スの高速化と、記録再生而を積み重ねてスタック構造に
よる大容量のメモリ装置を実現できるなど、その実用的
効果は大きい．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の光ヘッドの横戊図、第
２図は第１図の実施例の光ヘッドのフォーカス補正動作
説明図、第３図は本発明の第２の実腫例の光ヘッドの構
成図、第４図は本発明の第３の実施例の光ヘッドの横戒
図、第５図は従来の光ヘッドの構成図である．ｌ・・・・・・光ディスク、４・・・・・・記録再生面
、５・・・・・・固定光学部、６・・・・・・コリメー
ト光、７，２５・・・・・・可動光学部、８・・・・・
・レーザ、９・・・・・・偏光ビームスブリツタ、ｌＯ
・・・・・・λ／４板、１１・・・・・・コリメートレ
ンズ、１２・・・・・・シリンドリ力ルレンズ、１３・
・・・・・フォトディテクタ、１４．２６・・・・・・
全反射プリズム、１５．２７・・・・・・絞りレンズ、
１６・・・・・・スライダー、１７，２０．２２・・・
・・・圧電素子、１８・・・・・・レバー、１９．２９
・・・・・・リニアモー夕、２ｌ・・・・・・スキ一部
、２３・・・・・・固定部、２４・・・・・・アクチュ
エータ、２８・・・・・トランク。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光源と、前記レーザ光源の出射光を集光す
るコリメートレンズからなる集光手段と、集光された光
ビームを光ディスクの記録再生面にほぼ垂直に反射する
光反射手段と、前記光反射手段で反射された光ビームを
前記記録再生面に集束する絞りレンズと、前記光ディス
ク記録再生面からの反射光を分離する光分離手段と、分
離した反射光を受光する光検出手段とからなる光ヘッド
において、前記絞りレンズは光軸方向に微動する駆動素
子に固定された状態で前記光反射手段と共にスライダー
に装着され、前記スライダーが前記記録再生面上に空気
層を介して浮上し、浮上した前記絞りレンズを前記駆動
素子を駆動することによって前記記録再生面に合焦点す
ることを特徴とする光ヘッド。
（２）レーザ光源と、前記レーザ光源の出射光を集光す
るコリメートレンズからなる集光手段と、集光された光
ビームを光ディスクの記録再生面にほぼ垂直に反射する
光反射手段と、前記光反射手段で反射された光ビームを
前記記録再生面に集束する絞りレンズと、前記記録再生
面からの反射光を分離する光分離手段と、分離した反射
光を受光する光検出手段とからなる光ヘッドにおいて、
前記コリメートレンズを装着した駆動素子と、前記絞り
レンズと前記光反射手段を装着したスライダーと、前記
スライダーが前記記録再生面上に空気層を介して浮上し
、前記コリメートレンズを前記駆動素子によって光軸方
向に駆動することによって浮上した前記絞りレンズを前
記記録再生面に合焦点することを特徴とする光ヘッド。
（３）駆動素子は、リング状の圧電素子であることを特
徴とする請求項（１）または（２）のいずれかに記載の
光ヘッド。
（４）レーザ光源と、前記レーザ光源の出射光を集光す
るコリメートレンズからなる集光手段と、集光された光
ビームを光ディスクの記録再生面にほぼ垂直に反射する
光反射手段と、前記光反射手段で反射された光ビームを
前記記録再生面に集束する絞りレンズと、前記記録再生
面からの反射光を分離する光分離手段と、分離した反射
光を受光する光検出手段とからなる光ヘッドにおいて、
前記絞りレンズと前記光反射手段を装着したスライダー
からなる移動光学手段と、前記移動光学手段を前記光デ
ィスクの径方向に移送する移送手段と、前記可動光学手
段を前記移送手段に固定するレバーと、前記レバーを駆
動する駆動素子と、前記スライダーが前記記録再生面と
の間に空気層を介して浮上し、浮上した前記絞りレンズ
を前記駆動素子を駆動して前記レバーを屈曲させて光軸
方向に動かして前記記録再生面に合焦点することを特徴
とする光ヘッド。
（５）駆動素子は、二枚の圧電素子をレバーを挟んで張
り合わせ、前記圧電素子を差動的に駆動して前記レバー
を屈曲させて絞りレンズを光軸方向に動かすようにした
ことを特徴とする請求項（４）記載の光ヘッド。