JPH11110794A - レンズ駆動装置及び光学ヘッド - Google Patents

レンズ駆動装置及び光学ヘッド

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JPH11110794A
JPH11110794A JP9267488A JP26748897A JPH11110794A JP H11110794 A JPH11110794 A JP H11110794A JP 9267488 A JP9267488 A JP 9267488A JP 26748897 A JP26748897 A JP 26748897A JP H11110794 A JPH11110794 A JP H11110794A
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lens
movable
light
optical axis
movable portion
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JP9267488A
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Fumisada Maeda
史貞 前田
Isao Ichimura
功 市村
Kenji Yamamoto
健二 山本
Kiyoshi Osato
潔 大里
Toshio Watanabe
俊夫 渡辺
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 対物レンズの開口数NAを大きくすることが
でき、球面収差を抑えることができ、しかも、より高速
且つ安定にフォーカスサーボを行うことが可能なレンズ
駆動装置を提供する。 【解決手段】 レンズ駆動装置を、光軸方向及び当該光
軸に対して直交する方向に移動自在な可動部を備えた2
軸アクチュエータ5と、光軸方向に移動自在な可動部を
備えたボイスコイルモータ11と、光源からの光が入射
する元玉レンズ3と、元玉レンズ3によって集光された
光が入射する先玉レンズ4とから構成する。ここで、ボ
イスコイルモータ11は、2軸アクチュエータ5の可動
部に取り付けられてなり、元玉レンズ3は、ボイスコイ
ルモータ11の可動部に取り付けられてなり、先玉レン
ズ4は、2軸アクチュエータ5の可動部に取り付けられ
てなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学記録媒体の信
号記録面上に光ビームを集光する対物レンズを駆動する
レンズ駆動装置、並びにそのようなレンズ駆動装置を備
えた光学ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】情報信号の記録媒体として、光学ヘッド
を用いて記録再生を行う、光ディスクや光磁気ディスク
等の如き光学記録媒体がある。このような光学記録媒体
の情報記録密度を上げるには、光学ヘッドの対物レンズ
の開口数NAを大きくすることが有効である。対物レン
ズの開口数NAを大きくすることにより、光学記録媒体
の信号記録面上に集光される光ビームのスポット径を小
さくすることができ、情報記録密度を上げることができ
る。
【0003】ところで、従来の光学ヘッドは、光源から
の光を光学記録媒体の信号記録面上に集光するための対
物レンズが一つのレンズだけから構成されている。すな
わち、従来の光学ヘッドにおいて、対物レンズは、いわ
ゆる単玉レンズとされている。
【0004】このような光学ヘッドで、対物レンズの開
口数NAを大きくしようとすると、単玉レンズに非常に
大きな屈折パワーを持たせる必要がある。しかしなが
ら、単玉レンズの屈折パワーを大きくするには、屈折面
の曲率半径を非常に小さくしなければならず、また、屈
折面同士の位置決めを非常に精度良く行う必要がある。
そのため、光学ヘッドの対物レンズを単玉レンズとした
場合、その開口数NAを大きくしようとしても、0.6
程度が限界であった。
【0005】また、光学記録媒体は、通常、信号記録面
上に当該信号記録面を保護する層(以下、カバーガラス
と称する。)が存在する。そして、光学ヘッドからの光
ビームは、このカバーガラスを介して信号記録面に入射
するが、このときに、カバーガラスの厚さが規定値から
ずれていると球面収差が発生してしまう。この球面収差
は、高次の球面収差を無視すると、対物レンズの開口数
NAの4乗に比例する。したがって、対物レンズの開口
数NAを増加させると、カバーガラスの厚み誤差の許容
値が大幅に減少してしまう。すなわち、対物レンズの開
口数NAを増加させると、カバーガラスの厚み精度に対
する要求が非常に厳しくなり、光学記録媒体の製造が困
難になるという問題が生じる。
【0006】このような従来の光学ヘッドの問題点を解
決する光学ヘッドとして、図7に示すように、対物レン
ズを2枚のレンズ101,102で構成した光学ヘッド
が提案されている。
【0007】この光学ヘッドでは、対物レンズを、光源
からの光ビームが入射する第1のレンズ101と、第1
のレンズ101によって集光された光ビームが入射する
第2のレンズ102とから構成する。そして、光源から
の光ビームを、第1のレンズ101によって集光した
後、更に第2のレンズ102によって集光した上で、光
学記録媒体に照射する。なお、このように第1のレンズ
101及び第2のレンズ102によって光ビームを集光
して光学記録媒体に照射する際は、2軸アクチュエータ
によって、光軸に対して直交する方向に第1のレンズ1
01及び第2のレンズ102を移動させることにより、
トラッキングサーボを行い、また、上記2軸アクチュエ
ータによって、光軸方向に第1のレンズ101及び第2
のレンズ102を移動させることにより、フォーカスサ
ーボを行う。
【0008】このような光学ヘッドでは、第1のレンズ
101や第2のレンズ102の個別の屈折パワーが小さ
くても、これらのレンズ101,102を組み合わせた
2群レンズとしては、開口数NAを大きくすることがで
きる。これにより、対物レンズを単玉レンズとした光学
ヘッドでは難しかった、0.6を越えるような開口数N
Aを実現することも可能となる。
【0009】また、このような2群レンズを用いた光学
ヘッドでは、上述したように2軸アクチュエータを用い
てトラッキングサーボ及びフォーカスサーボを行うが、
このような2軸アクチュエータを用いるだけでなく、第
2のレンズ102にボイスコイルモータを取り付けてお
き、当該ボイスコイルモータによって、第2のレンズ1
02を光軸方向に移動させることにより、球面収差を抑
えることができる。
【0010】すなわち、第1レンズ101及び第2のレ
ンズ102からなる2群レンズ全体を2軸アクチュエー
タによって動かすだけでなく、第2のレンズ102にボ
イスコイルモータを取り付けておき、このボイスコイル
モータによって、光学記録媒体のカバーガラスの膜厚変
化等に起因する球面収差を打ち消すように、第2のレン
ズ102を光軸方向に移動させることにより、球面収差
を低減することができる。
【0011】すなわち、対物レンズを2群レンズとした
光学ヘッドでは、第2のレンズ102にボイスコイルモ
ータを取り付けて、第1のレンズ101と第2のレンズ
102との距離を調整できるようにすることにより、対
物レンズの開口数NAを大きくすると球面収差が増大し
てしまうという問題を解決することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、球面収差を
打ち消すために、第2のレンズ102を第1のレンズ1
01に対して移動可能とした場合には、フォーカスサー
ボの安定性を保つために、光学記録媒体に対向する第2
のレンズ102を動かすボイスコイルモータの減衰率を
高くする必要がある。そして、ボイスコイルモータの減
衰率を高くすることは、例えば、粘性流体を充填するこ
とにより実現可能である。しかしながら、一般に粘性流
体の粘性には温度依存性があるため、粘性流体を充填し
てボイスコイルモータの減衰率を高くしたのでは、外気
温変動によって粘性流体の粘性が変化して、フォーカス
サーボが不安定になってしまう恐れがある。
【0013】また、フォーカスサーボの安定性を保つた
めには、第2のレンズ102に取り付けられたボイスコ
イルモータの減衰率を高くすることが必要であるが、一
方で、当該ボイスコイルモータの減衰率を高くすると、
入力電流に対する変位特性にヒステリシスが生じてしま
い、高速に安定に動作させることが困難になるという問
題が生じてしまう。
【0014】また、図7に示したような2群レンズを用
いた光学ヘッドでは、光学記録媒体に対向する第2のレ
ンズ102を変位可能としているため、この第2のレン
ズ102が光学記録媒体に衝突してしまったようなとき
に、第1のレンズ101と第2のレンズ102との距離
が大きく変動してしまい、これらのレンズ間距離を適切
に保つことが難しいという問題もある。また、第2のレ
ンズ102が光学記録媒体に衝突してしまったようなと
きに、第2のレンズ102を変位可能に支持している部
材に大きな負担がかかってしまい、場合によっては、当
該部材が破損してしまうような恐れもある。
【0015】本発明は、以上のような実情に鑑みて考案
されたものであり、光学記録媒体上に光ビームを集光す
る対物レンズを駆動するレンズ駆動装置として、対物レ
ンズの開口数NAを大きくすることができ、球面収差を
抑えることができ、しかも、より高速且つ安定にフォー
カスサーボを行うことが可能なレンズ駆動装置を提供す
ることを目的としている。また、本発明は、そのような
レンズ駆動装置を備えた光学ヘッドを提供することも目
的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレンズ駆動
装置は、光源からの光を光学記録媒体の信号記録面上に
集光するレンズを駆動するレンズ駆動装置であり、上記
光源からの光の光軸方向及び当該光軸に対して直交する
方向に移動自在な可動部を備えた第1の駆動手段と、上
記光源からの光の光軸方向に移動自在な可動部を備えた
第2の駆動手段と、上記光源からの光が入射する第1の
レンズと、上記第1のレンズによって集光された光が入
射する第2のレンズとを備える。ここで、第2の駆動手
段は、上記第1の駆動手段の可動部に取り付けられてな
り、第1のレンズは、上記第2の駆動手段の可動部に取
り付けられてなり、第2のレンズは、上記第1の駆動手
段の可動部に取り付けられてなる。
【0017】このレンズ駆動装置では、光源からの光を
第1のレンズによって集光した後、更に第2のレンズに
よって集光した上で、光学記録媒体の信号記録面に照射
する。このとき、第1の駆動手段によって、当該第1の
駆動手段の可動部に取り付けられた第2のレンズ及び第
2の駆動手段、並びに当該第2の駆動手段の可動部に取
り付けられた第1のレンズを、光軸方向又は光軸に対し
て直交する方向に駆動することができ、これにより、ト
ラッキングサーボ及びフォーカスサーボを行うことがで
きる。また、このレンズ駆動装置では、第2の駆動手段
によって、第1のレンズを光軸方向に駆動することがで
き、これにより、球面収差を打ち消すことができる。
【0018】上記レンズ駆動装置において、上記第1の
レンズを光軸方向にΔZ1だけ移動させるとともに、上
記第2のレンズを光軸方向にΔZ2だけ移動させたとき
の、第1のレンズ及び第2のレンズによって集光された
光の焦点位置の移動量ΔZを、係数αを用いて、 ΔZ=(ΔZ1+α・ΔZ2)/(1+α) と表したとき、上記第1の駆動手段の可動部及び当該可
動部に取り付けられた部材の重量m2と、上記第2の駆
動手段の可動部及び当該可動部に取り付けられた部材の
重量m1との比m2/m1は、上記係数α以下であること
が好ましい。m2/m1をα以下にすることにより、フォ
ーカスサーボを行ったときのオープンループ特性が向上
する。
【0019】また、上記レンズ駆動装置において、上記
第2の駆動手段は、例えば、光軸方向における上下端が
それぞれ弾性支持部材によって支持された可動部を光軸
方向に駆動するボイスコイルモータからなる。このと
き、上記可動部及び当該可動部に取り付けられた部材の
光軸方向における重心は、当該可動部の上端を支持する
弾性支持部材と、当該可動部の下端を支持する弾性支持
部材との光軸方向における中点近傍とされていることが
好ましい。
【0020】一方、本発明に係る光学ヘッドは、光源
と、上記光源からの光を光学記録媒体の信号記録面上に
集光するレンズを駆動するレンズ駆動手段と、上記レン
ズ駆動手段によって駆動されるレンズによって光学記録
媒体の信号記録面上に集光された光が当該光学記録媒体
によって反射されて戻って来た戻り光を受光する受光手
段とを備える。そして、上記レンズ駆動装置は、上記光
源からの光の光軸方向及び当該光軸に対して直交する方
向に移動自在な可動部を備えた第1の駆動手段と、上記
光源からの光の光軸方向に移動自在な可動部を備えた第
2の駆動手段と、上記光源からの光が入射する第1のレ
ンズと、上記第1のレンズによって集光された光が入射
する第2のレンズとを備える。ここで、第2の駆動手段
は、上記第1の駆動手段の可動部に取り付けられてな
り、第1のレンズは、上記第2の駆動手段の可動部に取
り付けられてなり、第2のレンズは、上記第1の駆動手
段の可動部に取り付けられてなる。
【0021】この光学ヘッドでは、光源からの光を第1
のレンズによって集光した後、更に第2のレンズによっ
て集光した上で、光学記録媒体の信号記録面に照射す
る。このとき、第1の駆動手段によって、当該第1の駆
動手段の可動部に取り付けられた第2のレンズ及び第2
の駆動手段、並びに当該第2の駆動手段の可動部に取り
付けられた第1のレンズを、光軸方向又は光軸に対して
直交する方向に駆動することができ、これにより、トラ
ッキングサーボ及びフォーカスサーボを行うことができ
る。また、このレンズ駆動装置では、第2の駆動手段に
よって、第1のレンズを光軸方向に駆動することがで
き、これにより、球面収差を打ち消すことができる。
【0022】上記光学ヘッドにおいて、上記第1のレン
ズを光軸方向にΔZ1だけ移動させるとともに、上記第
2のレンズを光軸方向にΔZ2だけ移動させたときの、
第1のレンズ及び第2のレンズによって集光された光の
焦点位置の移動量ΔZを、係数αを用いて、 ΔZ=(ΔZ1+α・ΔZ2)/(1+α) と表したとき、上記第1の駆動手段の可動部及び当該可
動部に取り付けられた部材の重量m2と、上記第2の駆
動手段の可動部及び当該可動部に取り付けられた部材の
重量m1との比m2/m1は、上記係数α以下であること
が好ましい。m2/m1をα以下にすることにより、フォ
ーカスサーボを行ったときのオープンループ特性が向上
する。
【0023】また、上記光学ヘッドにおいて、上記第2
の駆動手段は、例えば、光軸方向における上下端がそれ
ぞれ弾性支持部材によって支持された可動部を光軸方向
に駆動するボイスコイルモータからなる。このとき、上
記可動部及び当該可動部に取り付けられた部材の光軸方
向における重心は、当該可動部の上端を支持する弾性支
持部材と、当該可動部の下端を支持する弾性支持部材と
の光軸方向における中点近傍とされていることが好まし
い。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0025】本発明を適用したレンズ駆動装置の一構成
例について、その要部を図1に示す。このレンズ駆動装
置1は、光ディスクや光磁気ディスクなどの光学記録媒
体2の信号記録面2a上に光ビームを集光する対物レン
ズを駆動するレンズ駆動装置であり、光学記録媒体2に
対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光学ヘッド
に使用される。
【0026】このレンズ駆動装置1は、対物レンズとし
て、光源からの光が入射する第1のレンズ3と、第1の
レンズ3によって集光された光が入射する第2のレンズ
4とを備えている。ここで、第1のレンズ3は、光学記
録媒体2から遠い方に位置するレンズであり、以下の説
明では、元玉レンズ3と称する。また、第2のレンズ4
は、光学記録媒体2に近い方に位置するレンズであり、
以下の説明では、先玉レンズ4と称する。
【0027】このように、対物レンズを、元玉レンズ3
及び先玉レンズ4からなる2群レンズとすることによ
り、2群レンズ全体として、その開口数NAを大きくす
ることが可能となる。具体的には、このような2群レン
ズでは、開口数NAを0.8以上とすることも、比較的
に容易に可能である。
【0028】このレンズ駆動装置1は、元玉レンズ3及
び先玉レンズ4からなる対物レンズを移動操作する駆動
手段として2軸アクチュエータ5を備えている。そし
て、この2軸アクチュエータ5によって、元玉レンズ3
及び先玉レンズ4からなる対物レンズを光軸方向(以
下、フォーカス方向と称する。)に移動操作させること
でフォーカスサーボを行う。また、この2軸アクチュエ
ータ5によって、元玉レンズ3及び先玉レンズ4からな
る対物レンズを光軸に対して直交する方向(以下、トラ
ッキング方向と称する。)に移動操作させることでトラ
ッキングサーボを行う。
【0029】本発明を適用したレンズ駆動装置1におい
て、元玉レンズ3及び先玉レンズ4からなる対物レンズ
を移動操作するための2軸アクチュエータ5の機構並び
にその駆動方法等については、従来のレンズ駆動装置で
使用されている種々の方式がそのまま使用可能である。
したがって、その詳細な説明は省略し、ここでは、元玉
レンズ3及び先玉レンズ4からなる対物レンズをフォー
カス方向に移動操作する機構についてだけ、図1を参照
して簡単に説明する。
【0030】図1に示した例において、元玉レンズ3及
び先玉レンズ4からなる対物レンズをフォーカス方向に
移動操作する機構は、このレンズ駆動装置1の基台6に
取り付けられたヨーク及びマグネット7と、ボビン8
と、ボビン8の外周面に巻装されたフォーカスサーボ用
コイル9とからなる。
【0031】ボビン8は、2軸アクチュエータ5をフォ
ーカス方向に駆動する際の可動部となる部分であり、先
玉レンズ4の外周部を嵌合して保持するレンズ支持部8
aと、フォーカスサーボ用コイル9が巻装されるコイル
巻装部8bとを有している。そして、先玉レンズ4は、
このボビン8のレンズ支持部8aに嵌合され保持されて
いる。また、フォーカスサーボ用コイル9は、このボビ
ン8のコイル巻装部8bの外周面に巻装されている。
【0032】このボビン8は、コイル巻装部8bに巻装
されたフォーカスサーボ用コイル9がヨーク及びマグネ
ット7と所定の空隙を介して対向するように、4つの弾
性支持部材10a,10b,10c,10dによって支
持されている。すなわち、ボビン8の両脇の上下端に、
それぞれ弾性支持部材10a,10b,10c,10d
の一端が取り付けられており、それらの弾性支持部材1
0a,10b,10c,10dの他端がレンズ駆動装置
1の基台6に取り付けられている。ここで、弾性支持部
材10a,10b,10c,10dは、金属材料や合成
樹脂材料等からなる板バネの如き部材からなり、これら
の弾性支持部材10a,10b,10c,10dによ
り、ホルダ8はフォーカス方向及びトラッキング方向に
移動自在に支持されている。
【0033】このレンズ駆動装置1では、ヨーク及びマ
グネット7からの磁界がボビン8の半径方向に生じてい
る。したがって、フォーカスサーボ用コイル9に電流を
流したときに、ヨーク及びマグネット7からの磁界との
作用によりローレンツ力が生じ、その結果、フォーカス
サーボ用コイル9が巻装されたボビン8に対して、フォ
ーカス方向の駆動力が発生する。したがって、フォーカ
スサーボ用コイル9に流す電流を制御することにより、
ボビン8に取り付けられた対物レンズをフォーカス方向
に移動操作して、フォーカスサーボを行うことができ
る。
【0034】なお、説明を省略したが、トラッキングサ
ーボについても、ほぼ同様な機構により行われる。トラ
ッキングサーボを行う際は、図示しないトラッキングサ
ーボ用コイルに流す電流を制御することにより、ボビン
8に取り付けられた対物レンズをトラッキング方向に移
動操作する。
【0035】そして、本発明を適用したレンズ駆動装置
1では、以上のようにフォーカスサーボ及びトラッキン
グサーボを行う2軸アクチュエータ5を備えているだけ
でなく、更に、当該2軸アクチュエータ5の可動部であ
るボビン8に、ボイスコイルモータ11が取り付けられ
ている。このボイスコイルモータ11は、上記2軸アク
チュエータ5のボビン8に取り付けられたヨーク及びマ
グネット12と、上記2軸アクチュエータ5のボビン8
に対してフォーカス方向に移動自在に取り付けられたボ
ビン13と、当該ボビン13に巻装された球面収差補正
用コイル14とから構成されている。
【0036】ボビン13は、このボイスコイルモータ1
1の可動部であり、略筒状に成形されてなる。このボビ
ン13は、元玉レンズ3の外周部を嵌合して保持するレ
ンズ支持部13aと、球面収差補正用コイル14が巻装
されるコイル巻装部13bとを有している。そして、元
玉レンズ3は、このボビン13のレンズ支持部13aに
嵌合され保持されている。また、球面収差補正用コイル
14は、このボビン13のコイル巻装部13bの外周面
に、元玉レンズ3の外径と略同心円となるように巻装さ
れている。
【0037】また、このボイスコイルモータ11のボビ
ン13は、球面収差補正用コイル14がヨーク及びマグ
ネット12と所定の空隙を介して対向するように、4つ
の弾性支持部材15a,15b,15c,15dによっ
て支持されている。すなわち、ボビン13の両脇の上下
端に、それぞれ弾性支持部材15a,15b,15c,
15dの一端が取り付けられており、それらの弾性支持
部材15a,15b,15c,15dの他端が、上記2
軸アクチュエータ5のボビン8の内壁に取り付けられて
いる。ここで、弾性支持部材15a,15b,15c,
15dは、金属材料や合成樹脂材料等からなる板バネの
如き部材からなり、これらの弾性支持部材15a,15
b,15c,15dにより、ボイスコイルモータ11の
ホルダ13は、上記2軸アクチュエータ5のボビン8に
対してフォーカス方向に移動自在に支持されている。
【0038】ここで、ボイスコイルモータ11の可動部
及び当該可動部に取り付けられた部材のフォーカス方向
における重心は、当該ボイスコイルモータ11の可動部
であるボビン13の上端に取り付けられた弾性支持部材
15a,15cと、当該ボビン13の下端に取り付けら
れた弾性支持部材15b,15dとのフォーカス方向に
おける中点と、ほぼ一致していることが好ましい。この
ように、ボイスコイルモータ11の可動部及び当該可動
部に取り付けられた部材のフォーカス方向における重心
を、弾性支持部材15a,15cと弾性支持部材15
b,15dのフォーカス方向における中点にほぼ一致さ
せることにより、ボイスコイルモータを駆動することに
よって生じる振動がトラッキングサーボに与える影響を
最小限とすることができ、より安定なトラッキングサー
ボが可能となる。
【0039】そして、このボイスコイルモータ11で
は、ヨーク及びマグネット12からの磁界がボビン13
の半径方向に生じている。したがって、球面収差補正用
コイル14に電流を流したときに、ヨーク及びマグネッ
ト12からの磁界との作用によりローレンツ力が生じ、
その結果、球面収差補正用コイル14が巻装されたボビ
ン13に対して、フォーカス方向の駆動力が発生する。
したがって、球面収差補正用コイル14に流す電流を制
御することにより、ボビン13に取り付けられた元玉レ
ンズ3をフォーカス方向に移動操作して、元玉レンズ3
と先玉レンズ4との間の距離を変化させることができ、
これにより、球面収差を打ち消すことができる。
【0040】以上のように、このレンズ駆動装置1は、
フォーカス方向及びトラッキング方向に移動自在な可動
部を備えた第1の駆動手段として、2軸アクチュエータ
5を備えるとともに、当該2軸アクチュエータ5の可動
部に取り付けられ、フォーカス方向に移動自在な可動部
を備えた第2の駆動手段として、ボイスコイルモータ1
1を備えている。そして、2軸アクチュエータ5の可動
部に先玉レンズ4が取り付けられており、ボイスコイル
モータ11の可動部に元玉レンズ3が取り付けられてい
る。
【0041】なお、ここでは、フォーカス方向及びトラ
ッキング方向に移動自在な可動部を備えた第1の駆動手
段として、ローレンツ力を利用して駆動する2軸アクチ
ュエータ5を例に挙げたが、第1の駆動手段はこれに限
られるものではなく、例えば圧電素子を用いたアクチュ
エータ等も使用可能である。また、フォーカス方向に移
動自在な可動部を備えた第2の駆動手段として、ローレ
ンツ力を利用して駆動するボイスコイルモータ11を例
に挙げたが、第2の駆動手段もこれに限られるものでは
なく、例えば圧電素子を用いたアクチュエータ等も使用
可能である。
【0042】このレンズ駆動装置1を用いて、光学記録
媒体2の信号記録面2a上に光ビームを集光する際は、
図1に示すように、レンズ駆動装置1を、先玉レンズ4
が光学記録媒体2の信号記録面2aに対向するように配
する。そして、光源からの光ビームを元玉レンズ3の側
から入射させる。これにより、光源からの光ビームは、
元玉レンズ3によって集光された後、更に先玉レンズ4
によって集光された上で、光学記録媒体2の信号記録面
2aに入射する。
【0043】このとき、フォーカスサーボは、フォーカ
スサーボ用コイル9に流す電流を制御して、2軸アクチ
ュエータ5のボビン8に取り付けられた元玉レンズ3及
び先玉レンズ4からなる対物レンズをフォーカス方向に
移動操作することにより行う。また、トラッキングサー
ボは、トラッキングサーボ用コイルに流す電流を制御し
て、2軸アクチュエータ5のボビン8に取り付けられた
元玉レンズ3及び先玉レンズ4からなる対物レンズをト
ラッキング方向に移動操作することにより行う。
【0044】更に、本発明を適用したレンズ駆動装置1
では、フォーカス方向におけるレンズの移動操作とし
て、2軸アクチュエータ5によって元玉レンズ3と先玉
レンズ4とをまとめて移動操作するだけでなく、ボイス
コイルモータ11によって元玉レンズ3を移動操作する
ことができる。すなわち、ボイスコイルモータ11の球
面収差補正用コイル14に電流を流して、元玉レンズ3
をフォーカス方向に移動操作することで、元玉レンズ3
と先玉レンズ4との間の距離を変化させることができ、
これにより、光学記録媒体2のカバーガラス2bの厚み
誤差等に起因して生じる球面収差を打ち消すことができ
る。
【0045】つぎに、本発明を適用したレンズ駆動装置
1における球面収差補正機構について更に説明する。
【0046】対物レンズの開口数NAと、光学記録媒体
2のカバーガラス2bの厚み誤差によって発生する球面
収差との関係は、高次の収差を無視すると、概ね下記式
(1)のように表すことができる。ただし、nはカバー
ガラス2bの屈折率、Δdはカバーガラス2bの厚み誤
差である。
【0047】 W40={(n2−1)/8n3}・(NA)4・Δd ・・・(1) 上記式(1)から分かるように、許容されるW40が規定
されると、カバーガラス2bの厚み誤差Δdの許容値は
開口数NAの4乗に反比例するので、光学記録媒体2の
製造マージン等を考慮すると、開口数NAを大きくする
には何らかの球面収差補正機構が必要となってくる。そ
こで、本発明を適用したレンズ駆動装置1では、対物レ
ンズを元玉レンズ3と先玉レンズ4とによって構成し、
これらの距離を変化させることにより、球面収差の補正
を図っている。
【0048】例えば、カバーガラス2bの厚みが規定値
より厚く、図2(a)に示すような球面収差が発生する
とする。このときは、ボイスコイルモータ11によって
元玉レンズ3を移動操作して、元玉レンズ3と先玉レン
ズ4との間隔を規定値よりも狭くして、図2(b)に示
すように、逆極性の球面収差を発生させる。この結果、
それぞれの球面収差が互いに打ち消し合って、全体とし
ては、図2(c)に示すように、球面収差が殆ど生じな
くなる。
【0049】このように、カバーガラス2bの厚み誤差
に起因して発生する球面収差は、元玉レンズ3と先玉レ
ンズ4の距離を変えることによって低減させることがで
きる。なお、このメカニズムは、例えば顕微鏡用途では
公知であり、光ディスク用としても、S.M.Mansfield,W.
R.Studenmund,G.S.Kino and K.Osato,Optics Lett.18,3
05(1993)で明らかにされている。
【0050】なお、このように元玉レンズ3と先玉レン
ズ4との間の距離をボイスコイルモータ11で調整する
ことにより、光学記録媒体2のカバーガラス2bの厚み
誤差に起因する球面収差だけでなく、例えば、元玉レン
ズ3や先玉レンズ4の厚みや曲率等の誤差に起因する球
面収差等も打ち消すことが可能であることは言うまでも
ない。
【0051】つぎに、以上のようなレンズ駆動装置1を
光学ヘッドに組み込んでフォーカスサーボを行ったとき
の挙動について、図3のようなモデルを使って更に詳細
に説明する。なお、ここでは、本発明の特徴が現れるフ
ォーカスサーボについてだけ説明するが、この光学ヘッ
ドは、トラッキングサーボも行うし、また、光学記録媒
体2から情報信号を再生する際は、光学記録媒体2から
の戻り光から再生信号の検出も行う。ただし、トラッキ
ングサーボや再生信号検出等については、従来公知の種
々の方式がそのまま適用可能であり、ここでは説明を省
略する。
【0052】この光学ヘッド20は、上述のようなレン
ズ駆動装置1と、レンズ駆動装置1の元玉レンズ3に向
けてレーザ光を出射する半導体レーザ21と、半導体レ
ーザ21と元玉レンズ3との間に配されたビームスプリ
ッタ22と、ビームスプリッタ22と元玉レンズ3との
間に配されたコリメータレンズ23と、光学記録媒体2
の信号記録面2aからの戻り光を非点収差を持たせて集
光する集光レンズ24と、集光レンズ24によって集光
された光を受光し検出する光検出器25とを備えてい
る。
【0053】そして、半導体レーザ21から出射された
レーザ光は、ビームスプリッタ22を透過してコリメー
タレンズ23に入射し、このコリメータレンズ23によ
って平行光とされた上で、レンズ駆動装置1の元玉レン
ズ3に入射する。元玉レンズ3に入射したレーザ光は、
元玉レンズ3によって集光された後、更に先玉レンズ4
によって集光された上で、光学記録媒体2の信号記録面
2aに入射する。
【0054】信号記録面2aによって反射されて戻って
きた戻り光は、再び先玉レンズ4、元玉レンズ3及びコ
リメータレンズ23を介してビームスプリッタ22へ入
射し、ビームスプリッタ22によって反射されて集光レ
ンズ24へと導かれる。そして、集光レンズ24に入射
した戻り光は、集光レンズ24によって非点収差を持つ
ように集光された上で光検出器25に入射し、この光検
出器25によって受光され、その光強度が検出される。
ここで、光検出器25は、非点収差法によってフォーカ
スエラーを検出できるように、受光面が4分割されてお
り、各受光面25A,25B,25C,25Dに入射し
た戻り光の光強度をそれぞれ検出する。
【0055】光検出器25による検出結果は、図示しな
いフォーカスサーボ信号検出回路に送られる。そして、
フォーカスサーボ信号検出回路は、光検出器25による
検出結果に基づいて非点収差法によりフォーカスサーボ
信号を生成して、元玉レンズ3及び先玉レンズ4からな
る対物レンズによって集光された光ビームの焦点位置が
常に光学記録媒体2の信号記録面2a上となるように2
軸アクチュエータ5を駆動する。具体的には、2軸アク
チュエータ5のフォーカスサーボ用コイル9に電流を供
給して、光ビームの焦点位置が常に光学記録媒体2の信
号記録面2a上となるように、元玉レンズ3及び先玉レ
ンズ4からなる対物レンズをフォーカス方向に移動操作
する。
【0056】そして、ここでは、以上のような構成を有
する光学ヘッド20のフォーカスサーボの挙動につい
て、図3に示すように、レンズ駆動装置1の駆動部をバ
ネ31,32とダッシュポット33,34とを用いてモ
デル化して扱う。すなわち、ボイスコイルモータ11に
ついては、元玉レンズ3が取り付けられたボビン13
と、先玉レンズ4が取り付けられたボビン8との間に配
設されたバネ31及びダッシュポット33によってモデ
ル化し、同様に、2軸アクチュエータ5については、レ
ンズ駆動装置1の基台6と、先玉レンズ4が取り付けら
れたボビン8との間に配設されたバネ32及びダッシュ
ポット34によってモデル化する。
【0057】そして、ここでは、元玉レンズ3を駆動す
るボイスコイルモータ11のフォーカス方向のバネ定数
をk1、減衰率をc1とし、当該ボイスコイルモータ11
の可動部並びに当該可動部に取り付けられた部材の重量
をm1とする。また、元玉レンズ3及び先玉レンズ4か
らなる対物レンズを駆動する2軸アクチュエータ5のフ
ォーカス方向のバネ定数をk2、減衰率をc2とし、当該
2軸アクチュエータ5の可動部並びに当該可動部に取り
付けられた部材の重量をm2とする。
【0058】また、2軸アクチュエータ5のフォーカス
サーボ用コイル9に供給される電流によって発生する
力、すなわちこの駆動系への入力をf2とする。そし
て、この入力f2によって生じる、レンズ駆動装置1の
基台6に対する元玉レンズ3の変位の量をu1とする。
また、この入力f2によって生じる、レンズ駆動装置1
の基台6に対する先玉レンズ4の変位の量をu2とす
る。
【0059】このとき、2軸アクチュエータ5に関し
て、下記式(2)に示す運動方程式が成り立つ。
【0060】
【数1】
【0061】また、ボイスコイルモータ11に関して、
下記式(3)に示す運動方程式が成り立つ。
【0062】
【数2】
【0063】そして、上記式(2)及び式(3)をラプ
ラス変換することによって、フォーカスサーボ用コイル
9に供給される電流によって発生する力f2に対する、
元玉レンズ3の変位の伝達関数T1、及び先玉レンズ4
の変位の伝達関数T2が、それぞれ下記式(4)及び式
(5)に示すように得られる。
【0064】 T1=u1(s)/f2(s) ・・・(4) T2=u2(s)/f2(s) ・・・(5) 一方、元玉レンズ3のフォーカス方向における変位ΔZ
1、及び先玉レンズ4のフォーカス方向における変位Δ
2と、検出されるフォーカスエラーレベルXとの関係
は、光学計算により求めることができ、この関係を係数
αを用いて表すと、下記式(6)に示すような線形和の
形となる。なお、フォーカスエラーレベルXは、元玉レ
ンズ3及び先玉レンズ4によって集光された光の焦点位
置の移動量に相当する。また、本発明を適用したレンズ
駆動装置1において、係数αの値は、1よりも大きな値
となる。
【0065】 X=(ΔZ1+α・ΔZ2)/(1+α) ・・・(6) そして、上記式(4)、式(5)及び式(6)から、入
力f2に対するフォーカスエラーレベルXの伝達関数T3
が、下記式(7)に示すように得られる。
【0066】 T3=X(s)/f2(s) ・・・(7) そして、上記伝達関数T3に位相補償項を付加してs=
jωとおき、位相補償項を付加することによって、実際
のフォーカスサーボのオープンループ特性を導出するこ
とができる。
【0067】このようにしてフォーカスサーボのオープ
ンループ特性を導出した結果を図4乃至図6に示す。な
お、図4乃至図6は、ボイスコイルモータ11の伝達関
数(入力はボイスコイルモータ11の球面収差補正用コ
イル14に入力される電流、出力はボイスコイルモータ
11の可動部の変位)について、その周波数特性を示す
ボード線図であり、横軸はボイスコイルモータ11への
入力周波数、縦軸はボイスコイルモータ11の可動部の
変位の振幅又は位相を示している。なお、図4乃至図5
に示すオープンループ特性の導出にあたって、各種パラ
メータの値は、表1に示すように設定した。
【0068】
【表1】
【0069】なお、表1に示した減衰率ξ1,ξ2は、そ
れぞれ実際の減衰係数と臨界減衰係数とにより得られ
る。具体的には、ボイスコイルモータ11の減衰率ξ1
は下記式(8)で表され、2軸アクチュエータ5の減衰
率ξ2は下記式(9)で表される。
【0070】 減衰率ξ1=実際の減衰係数/臨界減衰係数 =c1/{2(m1・k10.5} ・・・(8) 減衰率ξ2=実際の減衰係数/臨界減衰係数 =c2/{2(m2・k20.5} ・・・(9) 図4の例では、m2=0.5g、m1=0.25gである
ので、m2/m1=2である。したがって、m2/m1<α
である。このときは、図4に示すように、200〜30
0Hz付近において、ボイスコイルモータ11の可動部
変位のゲインや位相特性が変動してしまうが、常に位相
が−180degよりも進んでいるので、不安定になる
ことはない。
【0071】また、図5の例では、m2=1g、m1
0.25gであるので、m2/m1=4である。したがっ
て、m2/m1=αである。このときは、図5に示すよう
に、ボイスコイルモータ11の可動部変位のゲインや位
相遅れに変動が生じるようなことがない。したがって、
フォーカスサーボや球面収差の補正を安定に行うことが
可能である。
【0072】また、図6の例では、m2=2g、m1
0.25gであるので、m2/m1=8である。したがっ
て、m2/m1>αである。このときは、図6に示すよう
に、200〜300Hz付近において、ボイスコイルモ
ータ11の可動部変位の位相が−180degよりも遅
れる。したがって、ゲインの変動によって、フォーカス
サーボが不安定となる。
【0073】以上のことから、m2/m1≦αとすること
で、ボイスコイルモータ駆動時における可動部変位の位
相特性が−180degよりも遅れることを防ぐことが
でき、フォーカスサーボや球面収差の補正を安定に行え
るようになることが分かる。
【0074】なお、上述したレンズ駆動装置1におい
て、2軸アクチュエータ5の可動部並びに当該可動部に
取り付けられた部材の重量m2とは、具体的には、2軸
アクチュエータ5のボビン8、当該ボビン8のレンズ支
持部8aに嵌合された先玉レンズ4、当該ボビン8のコ
イル巻装部8bの外周面に巻装されたフォーカスサーボ
用コイル9、当該ボビン8に取り付けられたボイスコイ
ルモータ11、及び当該ボイスコイルモータ11のボビ
ン13のレンズ支持部13aに嵌合された元玉レンズ3
の総重量に相当する。また、ボイスコイルモータ11の
可動部並びに当該可動部に取り付けられた部材の重量m
1とは、ボイスコイルモータ11のボビン13、当該ボ
ビン13のレンズ支持部13aに嵌合された元玉レンズ
3、及び当該ボビン13のコイル巻装部13bの外周面
に巻装された球面収差補正用コイル14の総重量に相当
する。
【0075】したがって、上述したレンズ駆動装置1で
は、2軸アクチュエータ5のボビン8、当該ボビン8の
レンズ支持部8aに嵌合された先玉レンズ4、当該ボビ
ン8のコイル巻装部8bの外周面に巻装されたフォーカ
スサーボ用コイル9、当該ボビン8に取り付けられたボ
イスコイルモータ11、及び当該ボイスコイルモータ1
1のボビン13のレンズ支持部13aに嵌合された元玉
レンズ3の総重量と、ボイスコイルモータ11のボビン
13、当該ボビン13のレンズ支持部13aに嵌合され
た元玉レンズ3、及び当該ボビン13のコイル巻装部1
3bの外周面に巻装された球面収差補正用コイル14の
総重量との比が、当該レンズ駆動装置1における上記係
数α以下になるように、各部材の重量を設定すればよ
い。これにより、より安定なフォーカスサーボ並びに球
面収差の補正が可能となる。
【0076】なお、m2/m1<αのときは、安定なサー
ボの解を得ることができるが、図4乃至図6からも明ら
かなように、m2/m1の値を係数αに近づけるほど、位
相特性は良好になる。
【0077】以上詳細に説明したように、本発明を適用
したレンズ駆動装置1では、光学記録媒体2のカバーガ
ラス2bに厚み誤差があったとしても、元玉レンズ3と
先玉レンズ4との間の距離をボイスコイルモータ11に
より調整することで、当該カバーガラス2bの厚み誤差
に起因する球面収差を打ち消すことができる。また、元
玉レンズ3や先玉レンズ4の厚みや曲率等に誤差があっ
たとしても、ボイスコイルモータ11により元玉レンズ
3と先玉レンズ4との間の距離を調整することにより、
それらの誤差に起因する球面収差を打ち消すことができ
る。したがって、このレンズ駆動装置1を用いることに
より、球面収差に起因する記録再生能力の劣化を抑える
ことができる。
【0078】また、本発明を適用したレンズ駆動装置1
では、2軸アクチュエータ5の可動部に先玉レンズ4を
固定するとともに、2軸アクチュエータ5の可動部に取
り付けられたボイスコイルモータ11に元玉レンズ3を
取り付けて駆動するようにしている。このようにするこ
とで、元玉レンズ3と先玉レンズ4との間の距離を変化
させる際に生じる振動がフォーカスサーボに与える影響
を小さくすることができる。特に、上述したようにm2
/m1とαとをほぼ一致させることにより、元玉レンズ
3の振動がフォーカスサーボに与える影響を最小限とす
ることができ、非常に安定なフォーカスサーボが実現可
能となる。
【0079】また、本発明を適用したレンズ駆動装置1
では、元玉レンズ3を移動操作することによってレンズ
間距離を変化させるようにしている。このような方式で
は、先玉レンズを移動操作することによってレンズ間距
離を変化させるような方式に比べて、レンズ間距離の調
整に使用するボイスコイルモータ11の減衰率を低く設
定することができる。
【0080】したがって、このレンズ駆動装置1では、
2軸アクチュエータ5やボイスコイルモータ11などか
らなる駆動系の設計自由度が増大するという利点もあ
る。また、ボイスコイルモータ11の減衰率を低く設定
すれば、ヒステリシスが低減するので、より安定且つ高
速なフォーカスサーボも可能となる。また、従来は、レ
ンズ間距離の調整に使用するボイスコイルモータの減衰
率を高くするために粘性流体等を使用する必要があった
が、本発明を適用したレンズ駆動装置1では、ボイスコ
イルモータ11の減衰率を低く設定することができるの
で、特性のばらつきが大きい粘性流体等を使用する必要
がない。したがって、このレンズ駆動装置1では、特性
のばらつきを抑えることができる。
【0081】また、本発明を適用したレンズ駆動装置1
では、万が一、対物レンズが光学記録媒体2に衝突した
としても、光学記録媒体2に衝突するのは先玉レンズ4
の側であり、ボイスコイルモータ11の可動部に取り付
けられた元玉レンズ3が光学記録媒体2に衝突するよう
なことはない。したがって、このレンズ駆動装置1で
は、万が一、対物レンズが光学記録媒体2に衝突したと
しても、レンズ間距離は一定に保持される。しかも、対
物レンズが光学記録媒体2に衝突したとしても、ボイス
コイルモータ11の可動部に取り付けられた元玉レンズ
3が光学記録媒体2に衝突するようなことはないので、
ボイスコイルモータ11の可動部を支持する弾性支持部
材15a,15b,15c,15dには殆ど負担がかか
らない。したがって、このレンズ駆動装置1では、より
高い耐久性及び信頼性が得られる。
【0082】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、対物レンズの開口数NAを大きくすることがで
き、球面収差を抑えることができ、しかも、より高速且
つ安定にフォーカスサーボを行うことが可能なレンズ駆
動装置、並びにそのようなレンズ駆動装置を備えた光学
ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したレンズ駆動装置の要部断面図
である。
【図2】球面収差補正の様子を示す模式図である。
【図3】本発明を適用した光学ヘッドを示す図である。
【図4】2軸アクチュエータの可動部並びに当該可動部
に取り付けられた部材の重量m2を0.25gとしたと
きの、ボイスコイルモータのオープンループ特性を示す
ボード線図である。
【図5】2軸アクチュエータの可動部並びに当該可動部
に取り付けられた部材の重量m2を1gとしたときの、
ボイスコイルモータのオープンループ特性を示すボード
線図である。
【図6】2軸アクチュエータの可動部並びに当該可動部
に取り付けられた部材の重量m2を2gとしたときの、
ボイスコイルモータのオープンループ特性を示すボード
線図である。
【図7】従来の光学ヘッドを示す図である。
【符号の説明】
1 レンズ駆動装置、 2 光学記録媒体、 3 元玉
レンズ、 4 先玉レンズ、 5 2軸アクチュエー
タ、 11 ボイスコイルモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大里 潔 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 渡辺 俊夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光を光学記録媒体の信号記録
    面上に集光するレンズを駆動するレンズ駆動装置であっ
    て、 上記光源からの光の光軸方向及び当該光軸に対して直交
    する方向に移動自在な可動部を備えた第1の駆動手段
    と、 上記第1の駆動手段の可動部に取り付けられ、上記光源
    からの光の光軸方向に移動自在な可動部を備えた第2の
    駆動手段と、 上記第2の駆動手段の可動部に取り付けられ、上記光源
    からの光が入射する第1のレンズと、 上記第1の駆動手段の可動部に取り付けられ、上記第1
    のレンズによって集光された光が入射する第2のレンズ
    と、 を備えるレンズ駆動装置。
  2. 【請求項2】 上記第1のレンズを光軸方向にΔZ1
    け移動させるとともに、上記第2のレンズを光軸方向に
    ΔZ2だけ移動させたときの、第1のレンズ及び第2の
    レンズによって集光された光の焦点位置の移動量ΔZ
    を、係数αを用いて下記式で表したとき、 ΔZ=(ΔZ1+α・ΔZ2)/(1+α) 上記第1の駆動手段の可動部及び当該可動部に取り付け
    られた部材の重量m2と、上記第2の駆動手段の可動部
    及び当該可動部に取り付けられた部材の重量m1との比
    2/m1が、上記係数α以下であることを特徴とする請
    求項1記載のレンズ駆動装置。
  3. 【請求項3】 上記第2の駆動手段は、光軸方向におけ
    る上下端がそれぞれ弾性支持部材によって支持された可
    動部を光軸方向に駆動するボイスコイルモータからな
    り、 上記可動部及び当該可動部に取り付けられた部材の光軸
    方向における重心が、当該可動部の上端を支持する弾性
    支持部材と、当該可動部の下端を支持する弾性支持部材
    との光軸方向における中点近傍とされていることを特徴
    とする請求項1記載のレンズ駆動装置。
  4. 【請求項4】 光源と、 上記光源からの光を光学記録媒体の信号記録面上に集光
    するレンズを駆動するレンズ駆動手段と、 上記レンズ駆動手段によって駆動されるレンズによって
    光学記録媒体の信号記録面上に集光された光が光学記録
    媒体によって反射されて戻って来た戻り光を受光する受
    光手段とを備え、 上記レンズ駆動手段は、 上記光源からの光の光軸方向及び当該光軸に対して直交
    する方向に移動自在な可動部を備えた第1の駆動手段
    と、 上記第1の駆動手段の可動部に取り付けられ、上記光源
    からの光の光軸方向に移動自在な可動部を備えた第2の
    駆動手段と、 上記第2の駆動手段の可動部に取り付けられ、上記光源
    からの光が入射する第1のレンズと、 上記第1の駆動手段の可動部に取り付けられ、上記第1
    のレンズによって集光された光が入射する第2のレンズ
    とを備えることを特徴とする光学ヘッド。
  5. 【請求項5】 上記第1のレンズを光軸方向にΔZ1
    け移動させるとともに、上記第2のレンズを光軸方向に
    ΔZ2だけ移動させたときの、第1のレンズ及び第2の
    レンズによって集光された光の焦点位置の移動量ΔZ
    を、係数αを用いて下記式で表したとき、 ΔZ=(ΔZ1+α・ΔZ2)/(1+α) 上記第1の駆動手段の可動部及び当該可動部に取り付け
    られた部材の重量m2と、上記第2の駆動手段の可動部
    及び当該可動部に取り付けられた部材の重量m1との比
    2/m1が、上記係数α以下であることを特徴とする請
    求項4記載の光学ヘッド。
  6. 【請求項6】 上記第2の駆動手段は、光軸方向におけ
    る上下端がそれぞれ弾性支持部材によって支持された可
    動部を光軸方向に駆動するボイスコイルモータからな
    り、 上記可動部及び当該可動部に取り付けられた部材の光軸
    方向における重心が、当該可動部の上端を支持する弾性
    支持部材と、当該可動部の下端を支持する弾性支持部材
    との光軸方向における中点近傍とされていることを特徴
    とする請求項4記載の光学ヘッド。
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