KR100648447B1

KR100648447B1 - 렌즈 지지 기구, 광 헤드 장치 및 광 정보 처리 장치

Info

Publication number: KR100648447B1
Application number: KR1020047019106A
Authority: KR
Inventors: 모리에이신; 안자이죠우지; 하야시히데키; 곰마요시아키
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2006-11-24
Also published as: KR20040111704A; CN100351929C; EP1511022A1; JPWO2003102940A1; US20050190665A1; JP4299778B2; AU2003242379A1; WO2003102940A1; CN1659639A; EP1511022A4; US7123553B2

Abstract

렌즈 지지 기구는 레이저 빔을 출사하는 반도체 레이저(10)와, 반도체 레이저(10)가 고정 배치된 광 헤드 본체(3)와, 반도체 레이저(10)로부터 출사된 레이저 빔과 동축으로 배치된 콜리메이터 렌즈(21)와, 그 내면에 상기 콜리메이터 렌즈(21)를 고정 배치하도록 원통 형상으로 형성된 수지제 원통(22)과, 콜리메이터 렌즈(21)에 대해 반도체 레이저(10)의 반대측에서 수지제 원통(22)과 끼워져 있고, 광 헤드 본체(3)에 고정되도록 형성된 원통 부재(23)를 구비하고 있고, 원통 부재(23)는 광 헤드 본체(3)의 선 팽창 계수와 대략 동일한 선팽창 계수를 가진다.

Description

렌즈 지지 기구, 광 헤드 장치 및 광 정보 처리 장치{LENS SUPPORT MECHANISM, OPTICAL HEAD DEVICE AND OPTICAL INFORMATION PROCESSOR}

본 발명은, 렌즈 등의 광학 부품 본체 또는 광학 본체의 온도 변화에 의한 팽창·수축에 기인한 초점 거리 어긋남 및 광축 어긋남이 발생하지 않도록 하기 위한 렌즈 지지 구조 및 이를 사용한 광 헤드 장치 및 광 정보 처리 장치에 관한 것이다.

고밀도·대용량의 기억 매체로서, 피트상 패턴을 갖는 광 디스크를 이용하는 광 메모리 기술의 응용이, 디지털 오디오 디스크, 비디오 디스크, 문서 파일 디스크, 나아가 데이터 파일 등으로 확대하고 있다. 이러한 광 메모리 기술에서, 정보는 미소하게 집중된 광 빔을 통해 광 디스크에 높은 정밀도와 신뢰성을 가지고 기록 재생된다. 이러한 기록 재생 동작은, 전적으로 그 광학계에 의존하고 있고, 특히, 온도 특성의 저감은 이러한 기록 재생 동작에 있어서 매우 중요하다.

광 헤드 장치는, 광원, 포토 디텍터, 하프 미러 및 렌즈 등의 광학 부품을 소정의 프레임에 집어넣어 구성된다. 각 광학 부품은, 광축이나 초점 위치가 어긋나지 않도록 정확히 위치 결정하지 않으면 안된다.

예를 들면, 일본국 특개 2000-266977호 공보에는, 원통 일체형 렌즈를 프레 임에 고정하는 방법이 개시되어 있다. 도 7은, 종래의 렌즈 지지 기구의 구성을 도시하는 사시도이다. 센서 렌즈(17)는, 광학 부품 본체인 오목 렌즈(31)와, 오목 렌즈(31)를 둘러싸도록 형성된 원통 형상을 한 경통(32)과, 경통(32)으로부터 외측으로 연장되도록 형성된 3개의 지지 아암(33, 34 및 35)을 PC 일체 성형한 것이다. 지지 아암(33 및 34)은, 그 상부로부터 하단부를 향해 절결(33a, 33b)이 각각 형성되어 있고, 그 선단부가 기단부에 대해 탄성 변형하도록 형성되어 있다.

도 8은, 종래의 렌즈 지지 기구의 부착 상태를 도시하는 단면도이다. 도 8에 있어서, 오목 렌즈(31)의 중심을 원점으로 하여, 원점에서 교차하여 상호 직교하는 X축과 Y축 및 Z축 중, Z축을 오목 렌즈(31)의 광축과 일치시키고, X축과 Z축에 의해 형성되는 면을 제1 기준면(I)으로 하고, Y축과 Z축에 의해 형성되는 면을 제2 기준면(Ⅱ)으로 하면, 센서 렌즈(17)를 지지하기 위한 프레임(18)에는, 제1 기준면(I)에 따라 연장되는 제1 지지면(26) 및 제2 지지면(27)과, 제2 기준면(Ⅱ)에 따라 연장되는 제3 지지면(28)이 형성되어 있다.

이 프레임(18)에는, 경통(32)의 단면의 거의 반이 비접촉으로 들어가는 홈(29)이 형성되어 있다. 지지 아암(33) 및 지지 아암(34)의 각 한쪽 측면은, 프레임(18)의 제1 지지면(26) 및 제2 지지면(27)과 각각 접하고 있다. 지지 아암(35)의 한쪽 측면은, 프레임(18)의 제3 지지면(28)과 접하고 있다. 이러한 상태에서 센서 렌즈(17)가 프레임(18)에 부착되어 있다.

센서 렌즈(17)는, 프레임(18)에 부착된 가압 고정 수단으로서의 가압 용수철(36)에 의해서, 도 8에서 점선 화살표로 표시하는 X축 및 Y축의 합성 방향을 향해 가압되어 있다. 또한, 지지 아암(33 및 34)의 선단은, 센서 렌즈(17)의 낙하 방지를 위해 접착제(37 및 38)에 의해 프레임(18)의 지지면(26 및 27)에 각각 강고하게 고정되어 있다.

이와 같이 센서 렌즈(17)가 구성되어 있으면, 지지 아암(33 및 34)은 가압 용수철(36)에 의해서 지지면(26 및 27)의 위에서 가압되어, 지지 아암(35)은 지지면(28)을 향해 가압되게 된다. 이에 따라, 센서 렌즈(17)의 중심 위치가 광축 위치에 고정된다.

도 9는, 종래의 렌즈 지지 기구의 작용을 설명하기 위한 모식도이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 오목 렌즈(31)와 경통(32)이 열에 의해서 팽창하면, 지지 아암(33 및 34)의 기단측은, 지지면(26 및 27)을 따라 이동하고, 지지 아암(35)은 지지면(28)을 따라 이동한다. 지지 아암(33 및 34)의 기단측의 이동은, 지지 아암(33 및 34)의 선단측이 접착제(37 및 38)에 의해서 지지면(26 및 27)에 각각 고정되어 있으므로, 홈(33a 및 33b)이 형성된 부분에서 흡수된다. 이 경우, 팽창의 방향은 모두 렌즈의 중심에서 방사상으로 이루어지므로 렌즈(31)의 광축은 변동하지 않는다.

또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 지지 아암(33 및 34)의 선단부가 접착제(37 및 38)에 의해서 고정되고, 오목 렌즈(31)의 중심과 접착제(37 및 38)에 의한 고정 부분이 광축 방향에 따라 거리 d만큼 떨어져 있다. 이 때문에, 오목 렌즈(31)의 광축 방향에 따른 위치는, 열에 의한 팽창·수축에 의해서 거리 d ×열 팽창 계수×△Tm(온도차)만큼의 어긋남이 발생한다. 이 어긋남을 이용하여, 다른 광 학계, 예컨대 하프 미러, 콜리메이터 렌즈 및 대물 렌즈 등의 열에 의한 팽창·수축에 따르는 광축 방향의 어긋남을 흡수하는 어긋남을 의도적으로 만들어냄으로써, 광 픽 업 장치 전체의 온도 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

광 헤드 장치에서는, 저온으로부터 고온까지의 폭 넓은 온도에 있어서의 동작 환경을 보증하는 것이 필요하다. 특히, 콜리메이터 렌즈가 반도체 레이저에 대해 디포커스하지 않는 양호한 온도 특성이 요구된다. 콜리메이터 렌즈가 지지된 광 헤드 본체의 온도 변화에 의한 팽창, 및 레이저 부착 기준면에서 발광점까지의 스템(stem)의 팽창에 의해서, 발광점과 콜리메이터 렌즈와의 사이에 위치 어긋남이 발생한다. 또한, 레이저 다이오드의 발진 파장의 변화, 콜리메이터 렌즈 본체의 굴절율의 변화 및 형상의 변화에 의해서, 콜리메이터 렌즈의 백 포커스량이 변화한다.

이들 영향에 의해서, 콜리메이터 렌즈를 투과한 광이 평행광으로 되지 않으므로, 광 디스크 상의 빔 스폿이 디포커스 상태로 되어 버린다는 문제가 있다.

상술한 렌즈 지지 구조에서는, 경통 일체형 렌즈가 프레임에 접착제에 의해서 직접 고정되어 있으므로, 접착재의 도포량의 편차, 접착 고정 위치의 편차에 의해, 광축 방향에 따른 거리 d가 정량적으로 정해지지 않으므로, 열에 의한 팽창·수축에 따르는 광축 방향에 따른 어긋남을 정량적으로 흡수할 수 없다는 문제를 가지고 있다.

또한, 경통 일체형 렌즈는 구조가 복잡하게 되어, 비용이 증가하고, 보다 높은 조정 정확도가 필요해진다는 문제도 갖고 있었다. 따라서, 이 경통 일체형 렌 즈의 렌즈 지지 구조에 의해서 구성되는 광 헤드 장치, 나아가서는 광 정보 장치도 온도 특성의 열화 및 비용 증가라는 과제를 갖고 있었다.

본 발명의 목적은, 열 팽창 및 열 수축에 기인하는 발광점과 콜리메이터 렌즈와의 사이의 위치 어긋남을 흡수할 수 있는 렌즈 지지 기구, 광 헤드 장치 및 광 정보 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

(발명의 개시)

본 발명에 관한 렌즈 지지 기구는, 레이저 빔을 출사하는 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저가 고정 배치된 본체와, 상기 반도체 레이저로부터 출사된 상기 레이저 빔과 동축으로 배치된 렌즈 본체와, 그 내면에 상기 렌즈 본체를 고정 배치하도록 원통 형상으로 형성된 제1 원통 부재와, 상기 렌즈 본체에 대해 상기 반도체 레이저의 반대측에서 상기 제1 원통 부재와 끼워져 있고, 상기 본체에 고정되도록 형성된 제2 원통 부재를 구비하고 있고, 상기 제2 원통 부재는, 상기 본체의 선팽창 계수와 대략 동일한 선 팽창 계수를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 다른 렌즈 지지 기구는, 레이저 빔을 출사하는 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저가 고정 배치된 지지대와, 상기 반도체 레이저로부터 출사된 상기 레이저 빔과 동축으로 배치된 렌즈 본체와, 그 내면에 상기 렌즈 본체를 고정 배치하도록 형성된 프레임 부재를 구비하고 있고, 상기 프레임 부재는, 상기 반도체 레이저와 상기 렌즈 본체와의 사이의 거리가 온도 변화에 의해서 실질적으로 변화하지 않을 정도로 작은 선 팽창 계수를 갖는 재료에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 다른 렌즈 지지 기구는, 레이저 빔을 출사하는 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저가 고정 배치된 지지대와, 상기 반도체 레이저로부터 출사된 상기 레이저 빔과 동축으로 배치된 렌즈 본체와, 그 내면에 상기 렌즈 본체를 고정 배치하도록 형성된 원통 형상을 한 프레임 부재와, 상기 프레임 부재와 끼워지도록 상기 지지대에 고정된 플레이트를 구비하고 있고, 상기 플레이트는, 상기 지지대의 선팽창 계수와 대략 동일한 선팽창 계수를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 광 헤드 장치는, 본 발명에 관한 렌즈 지지 구조와, 상기 렌즈 지지 구조에 형성된 상기 렌즈 본체를 투과한 상기 레이저 빔을 정보 기록 매체 상에 수속시키는 대물 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 광 정보 처리 장치는, 본 발명에 관한 광 헤드 장치와, 상기 정보 기록 매체를 회전시키는 모터와, 상기 광 헤드 장치로부터 얻어지는 포커스 에러 신호 및 트랙킹 에러 신호에 따라서, 상기 광 헤드 장치에 형성된 상기 대물 렌즈의 위치를 제어하는 서보 기구와, 상기 서보 기구를 제어하기 위한 전기회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은, 실시의 형태 1에 관한 렌즈 지지 기구의 구성을 도시하는 단면도,

도 2는 실시의 형태 1에 관한 렌즈 지지 기구의 구성을 도시하는 정면 단면도,

도 3은 실시의 형태 1에 관한 렌즈 지지 기구에 형성된 원통 부재의 구성을 도시하는 일부 단면 사시도,

도 4는 실시의 형태 2에 관한 렌즈 지지 기구의 구성을 도시하는 단면도,

도 5는 실시의 형태 3에 관한 렌즈 지지 기구의 구성을 도시하는 단면도,

도 6은 실시의 형태 4에 관한 광 정보 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도,

도 7은 종래의 렌즈 지지 기구의 구성을 도시하는 사시도,

도 8은 종래의 렌즈 지지 기구의 부착 상태를 도시하는 단면도,

도 9는 종래의 렌즈 지지 기구의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.

본 실시의 형태에 관한 렌즈 지지 기구에 있어서는, 렌즈 본체에 대해 반도체 레이저의 반대측에서 제1 원통 부재와 끼워져 있고, 본체에 고정되도록 형성된 제2 원통 부재는, 본체의 선팽창 계수와 대략 동일한 선 팽창 계수를 갖고 있다. 이 때문에, 제2 원통 부재는, 본체의 열 팽창 또는 열 수축을 흡수하도록 열 팽창 또는 열 수축한다. 그 결과, 렌즈 본체의 광축 어긋남 또는 초점 거리 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.

상기 제1 원통 부재와 상기 제2 원통 부재의 끼움 위치로부터 상기 렌즈 본체가 상기 제1 원통 부재에 고정된 위치까지의 거리(y)의 단위 온도당 이동 변화량(△y)은 하기의 관계식 (1)을 실질적으로 만족하고, △y= △x-△z-△fb … 관계식 (1), 여기서, △x=αx, △y=βy, △z=γz, △fb : 상기 렌즈 본체의 단위 온도당 백 포커스의 변화량, α : 상기 본체의 선팽창 계수(단위:/K), β: 상기 제1 원 통 부재의 선팽창 계수(단위:/K), γ : 상기 반도체 레이저에 형성된 스템의 선팽창 계수(단위:/K), x : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면으로부터 상기 제1 원통 부재와 상기 제2 원통 부재의 끼움 위치까지의 거리, z : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 반도체 레이저의 발광점까지의 거리인 것이 바람직하다.

상기 제2 원통 부재와 상기 본체는, 알루미늄에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제2 원통 부재와 상기 본체는, 아연에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제2 원통 부재는 아연에 의해서 구성되어 있고, 상기 본체는, 마그네슘에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제2 원통 부재는 아연에 의해서 구성되어 있고, 상기 본체는, 폴리페닐렌술파이드에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 실시의 형태에 관한 다른 렌즈 지지 기구에 있어서, 그 내면에 렌즈 본체를 고정 배치하도록 형성된 프레임 부재는, 반도체 레이저와 렌즈 본체와의 사이의 거리가 온도 변화에 의해서 실질적으로 변화하지 않을 정도로 작은 선팽창 계수를 갖는 재료에 의해서 구성되어 있다. 이 때문에, 렌즈 본체를 고정 배치하는 프레임 부재는 온도 변화에 의해서 실질적으로 열 팽창 또는 열 수축하지 않는다. 그 결과, 렌즈 본체의 광축 어긋남 또는 초점 거리 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.

상기 프레임 부재는, 세라믹스 재료에 의해서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 렌즈 본체의 단위 온도당 백 포커스의 변화량(△fb)은, 하기의 관계식 (2)를 실질적으로 만족하고, △fb-△z+△L=0 … 관계식 (2), 여기서, △z=γz, △L : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 렌즈 본체의 고정 위치까지의 거리의 단위 온도당 이동량, γ: 상기 반도체 레이저에 형성된 스템의 선팽창 계수(단위:/K), z : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 반도체 레이저의 발광점까지의 거리인 것이 바람직하다.

본 실시의 형태에 관한 다른 렌즈 지지 기구에 있어서는, 그 내면에 렌즈 본체를 고정 배치하도록 형성된 프레임 부재와 끼워지도록 지지대에 고정된 플레이트는, 지지대의 선팽창 계수와 대략 동일한 선팽창 계수를 갖고 있다. 이 때문에, 플레이트는, 지지대의 열팽창 또는 열수축을 흡수하도록 열팽창 또는 열수축한다. 그 결과, 렌즈 본체의 광축 어긋남 또는 초점 거리 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.

상기 렌즈 본체의 단위 온도당 백 포커스의 변화량(△fb)은 하기의 관계식 (3)을 실질적으로 만족하고, △fb-△z+△L+△t≒0 …관계식 (3), 여기서, △z=γz, △t=αt, △L : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 렌즈 본체의 고정 위치까지의 거리의 단위 온도당 이동량, α: 상기 지지대 및 상기 플레이트(3)의 선팽창 계수(단위:/K), γ: 상기 반도체 레이저에 형성된 스템(11)의 선팽창 계수(단위:/K), z: 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 반도체 레이저의 발광 점까지의 거리, t : 상기 프레임 부재와 상기 플레이트가 끼워진 두께인 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

(실시의 형태 1)

도 1은, 실시의 형태 1에 관한 렌즈 지지 구조(100)의 구성을 도시하는 단면도이고, 도 2는 렌즈 지지 기구(100)의 구성을 도시하는 정면 단면도이고, 도 3은 렌즈 지지 기구(100)에 형성된 피지지체(20)의 구성을 도시하는 일부 단면 사시도이다.

렌즈 지지 기구(100)는, 피지지체(20)를 구비하고 있다. 피지지체(20)는, 양 단부에 단차를 형성하고, 또한 그 일부에 내주까지 관통하는 고정 구멍(25)이 형성된 수지제 원통(22)과, 광 헤드 본체(3)와 동일한 선팽창 계수의 재료를 이용한 원통 부재(23) 및 원통 부재(24)를 갖고 있다. 원통 부재(23) 및 원통 부재(24)는, 수지제 원통(22)의 양단에 각각 끼워넣어져 있고, 수지제 원통(22)과 일체로 형성되어 있다.

반도체 레이저(10)가 부착되어 있는 광 헤드 본체(3)가 온도 변화에 의해 팽창·수축하여 콜리메이터 렌즈(21)의 광축 위치가 변화해도, 피지지체(20)는 광 헤드 본체(3)와 동일한 선팽창 계수를 갖는 재료에 의해서 구성되는 원통 부재(23) 및 원통 부재(24)에 의해 끼워져 있으므로, 광 헤드 본체(3)와 마찬가지로 팽창·수축한다. 이 때문에, 피지지체(20)에 형성된 수지제 원통(22)의 내측에 부착된 콜리메이터 렌즈(21)의 광축 어긋남의 발생을 방지할 수 있다. 렌즈 본체에 대응 하는 콜리메이터 렌즈(21)는, 피지지체(20)에 삽입되고, 고정 구멍(25)에 접착제를 충전함으로써, 피지지체(20)에 고정되어 있다.

도 1은, 피지지체(20)의 부착 상태를 도시한 것이다. 도 1에 있어서, 반도체 레이저(10)가 압입 고정된 광 헤드 본체(3)에는, 콜리메이터 렌즈(21)의 중심 위치를 소정의 광축 위치에 배치할 수 있도록 하므로, 피지지체(20)를 받아들이는 V홈(4)이 형성되어 있다. 피지지체(20)를 접착제(6 및 7)에 의해서 V홈(4)에 접착 고정함으로써, 콜리메이터 렌즈(21)의 중심 위치가 광축 위치에 규정된다.

피지지체(20)는, 이하에 표시하는 (조건식 1)을 만족하는 렌즈 지지 구조로 구성되어 있다.

△y≒△x-△z-△fb … (조건식 1)

여기서,

△x=αx,

△y=βy,

△z=γz,

△fb : 콜리메이터 렌즈(21)에 있어서의 단위 온도당 백 포커스의 변화량,

α: 광 헤드 본체(3)의 선팽창 계수(단위:/K),

β: 피지지체(20)에 형성된 수지제 원통(22)의 선팽창 계수(단위:/K),

γ: 반도체 레이저(10)에 형성된 스템(11)의 선팽창 계수(단위:/K),

x : 반도체 레이저(10)의 부착 기준면(5)으로부터 피지지체(20)의 수지제 원통(22)과 원통(23)의 끼움 위치까지의 거리,

y : 피지지체(20)에 형성된 수지제 원통(22)과 원통(23)의 끼움 위치로부터 콜리메이터 렌즈(21)의 고정 위치까지의 거리,

z : 반도체 레이저(10)의 부착 기준면(5)으로부터 발광점(12)까지의 거리,

fb : 콜리메이터 렌즈(21)의 초점 거리이다.

이 (조건식 1)은, 수지제 원통(22)과 원통(23)의 끼워짐 위치로부터 콜리메이터 렌즈(21)의 고정 위치까지의 거리(y)의 단위 온도당 이동 변화량(△y)이, 광 헤드 본체(3)의 레이저 부착 기준면(5)으로부터 피지지체(20)의 수지제 원통(22)과 원통(23)의 끼움 위치까지의 거리(x)의 단위 온도당 이동 변화량(△x)으로부터 발광점(12)의 단위 온도당 이동 변화량(△z) 및 콜리메이터 렌즈(21)에 있어서의 백 포커스 단위 온도당 변화량의 합을 뺀 값과 거의 같아지도록, 피지지체(20)의 수지제 원통(22)과 원통(23)의 끼움 위치로부터 콜리메이터 렌즈(21)의 고정 위치까지의 거리(y)를 설정한 것이다.

따라서, 콜리메이터 렌즈(21)의 조정 시와 광 헤드 장치가 실제로 동작할 때와의 사이에서 온도차가 발생해도, 광 헤드 장치를 구성하는 광학계 전체에 악영향을 미칠만큼 디포커스하지 않는다.

또한, 광 헤드 본체(3)와 거의 동등한 선팽창 계수를 갖는 원통(23)을 수지제 원통(22)에 접착 고정함으로써, 접착제의 도포량의 편차, 고정 위치의 편차에 관계없이, 수지제 원통(22)과 원통(23)의 끼움 위치로부터 콜리메이터 렌즈(21)의 고정 위치까지의 거리(y)를 온도가 변화해도 일정하게 할 수 있다.

이상의 구성에 의하면, 광 헤드 본체(3), 반도체 레이저(10)에 형성된 스템 (11) 및 콜리메이터 렌즈(21)의 초점 거리가 열의 영향에 의해서 팽창·수축하고, 반도체 레이저(10)의 발광점(12)과 콜리메이터 렌즈(21)간의 거리가 변화해도, 이들 팽창·수축에 기인하는 반도체 레이저(10)의 발광점(12)과 콜리메이터 렌즈(21)간 거리의 어긋남이 적어지는 방향으로 수지제 원통(22)이 광축 방향을 따라 신축하고, 팽창·수축에 의한 어긋남을 흡수한다. 이 때문에, 피지지체(20)에 형성된 수지제 원통(22)의 내측에 부착한 콜리메이터 렌즈(21)에 있어서의 초점 거리의 어긋남이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 본 실시의 형태의 구체예를 이하에 나타낸다. 광 헤드 본체(3)의 재료를 알루미늄으로 하고, 피지지체(20)에 설치된 수지제 원통(22)의 재료를 폴리카보네이트로 하고, 원통(23) 및 원통(24)의 재료를 알루미늄으로 하고, 반도체 레이저(10)에 설치된 스템(11)의 재료를 구리로 하고, 콜리메이터 렌즈(21)의 fb= 6.2121밀리미터(㎜), △fb= 0.036마이크로미터(㎛)로 하면,

α= 21×10E^-6,

β= 70×10E^-6,

z= 17×10E^-6,

x= 9.5㎜,

y= 2.0㎜,

z= 1.3㎜,

△y= 70×10E^-6× 2.0× 10E⁺³= 0.14㎛,

△x= 21×10E^-6× 9.5× 10E⁺³= 0.1995㎛,

△Z= 17×10E^-6× 1.3× 10E⁺³= 0.0221㎛,

△fb= 0.036㎛,

따라서, △x-△z-△fb= 0.1414㎛으로 되고, △y≒△x-△z-△fb라는 조건을 만족하도록 구성할 수 있다. 따라서, 단위 온도당 디포커스량을 0.0014㎛로 구성할 수 있어, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

또한, 광 헤드 본체(3)의 재료를 아연으로 하고, 피지지체(20)의 수지제 원통(22)의 재료를 폴리카보네이트로 하고, 원통(23 및 24)의 재료를 아연으로 하고, 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 재료를 구리로 하고, 콜리메이터 렌즈(21)의 fb= 6.2121㎛, △fb= 0.036㎛로 하면,

α= 33× 10E^-6,

β= 70× 10E^-6,

z= 17× 10E^-6,

x= 12.6㎜,

y= 5.1㎜,

z= 1.3㎜,

△y= 70× 10E^-6× 5.1× 10E⁺³= 0. 357㎛,

△x= 33× 10E^-6× 12.6× 10E⁺³= 0.4158㎛,

△Z= 17× 10E^-6× 1.3× 10E⁺³= 0.0221㎛,

△fb= 0.036㎛

따라서, △x-△z-△fb= 0.358로 되고, △y≒△x-△z-△fb와 같이 구성할 수 있다. 따라서, 단위 온도당 디포커스량을 0.001㎛로 구성할 수 있어, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

또한, 광 헤드 본체(3)의 재료를 마그네슘으로 하고, 피지지체(20)의 수지제 원통(22)의 재료를 폴리카보네이트로 하고, 원통(23 및 24)의 재료를 아연으로 하고, 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 재료를 구리로 하고, 콜리메이터 렌즈(21)의 fb= 6.2121㎛, △fb= 0.036㎛로 하면,

α= 25.6× 10E^-6,

β= 70× 10E^-6,

z= 17× 10E^-6,

x= 10.5㎚,

y= 3.0㎚,

z= 1.3㎚,

△y= 70× 10E^-6× 3.0× 10E⁺³= 0.21㎛,

△x= 25.6× 10E^-6× 10.5× 10E⁺³= 0.2688㎛,

△Z= 17× 10E^-6× 1.3× 10E⁺³= 0.0221㎛,

△fb= 0.036㎛,

따라서, △x-△z-△fb= 0.2107로 되고, △y≒△x-△z-△fb와 같이 구성할 수 있다. 따라서, 단위 온도당 디포커스량을 0.0007㎛로 구성할 수 있어, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

또한, 광 헤드 본체(3)의 재료를 폴리페닐렌술파이드로 하고, 피지지체(20)의 수지제 원통(22)의 재료를 폴리카보네트로 하고, 원통(23 및 24)의 재료를 아연으로 하고, 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 재료를 구리로 하고, 콜리메이터 렌즈(21)의 fb= 6.2121㎛, △fb= 0.036㎛로 하면,

α= 19.9× 10E^-6,

β= 70× 10E^-6,

z= 17× 10E^-6,

x= 9.3㎜,

y= 1.8㎜,

z= 1.3㎜,

△y= 70× 10E^-6× 1.8× 10E⁺³= 0.126㎛,

△x= 19.9× 10E^-6× 9.3× 10E⁺³= 0.18507㎛,

△Z= 17× 10E^-6× 1.3× 10E⁺³= 0.0221㎛,

△fb= 0.036㎛,

따라서, △x-△z-△fb= 0.12697로 되고, △y≒△x-△z-△fb와 같이 구성할 수 있다. 따라서, 단위 온도당 디포커스량을 0.00097㎛로 구성할 수 있어, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

본 실시의 형태에서는, 광 헤드 본체(3)를 알루미늄, 아연, 마그네슘 또는 폴리페닐렌술파이드계 수지에 의해서 구성하고, 콜리메이터 렌즈(21)가 반도체 레이저(10)에 대향하고 있고, 피지지체(20)의 수지제 원통(22)을 폴리카보네이트에 의해서 구성하는 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 전술한 (조건식 1)을 만족하는 구성이면, 어떠한 조합이어도 상관없다.

또한 본 실시의 형태에서, 피지지체는 콜리메이터 렌즈와 별체로 구성하여 조립하여 일체화하는 예를 나타냈는데, 피지지체와 콜리메이터 렌즈를 일체화하여 구성해도 된다.

또한, 본 발명에 관한 렌즈 지지 구조는 다른 광학계에도 적용할 수 있다.

또한, 광 헤드 장치가 파장이 서로 다른 다수의 반도체 레이저를 갖는 경우에, 각 반도체 레이저에 대응하여 이 렌즈 지지 구조를 1개씩 설치하도록 구성하면, 각 반도체 레이저가 부착되는 광 헤드 본체가 팽창·수축하고, 광축 위치가 변 화해도, 렌즈 본체의 광축 위치는, 피지지체가 광 헤드 본체와 동일한 선팽창 계수를 갖는 재료의 원통에 의해서 광 헤드 본체에 접착 고정되어 있으므로, 광 헤드 본체와 마찬가지로 팽창·수축한다. 이 때문에, 렌즈 본체의 광축 위치는 변화하지 않게 되어, 온도가 변화해도 콜리메이터 렌즈로부터 안정되게 평행광이 출력된다. 따라서, 콜리메이터 렌즈가 반도체 레이저에 대해 디포커스하지 않는 양호한 온도 특성이 얻어지게 되어, 저온으로부터 고온까지의 폭넓은 온도에 있어서의 동작 환경을 보증하는 것이 가능해진다.

이상과 같이 실시의 형태 1에 의하면, 콜리메이터 렌즈(21)에 대해 반도체 레이저(10)의 반대측에서 수지제 원통(22)과 끼워져 있고 광 헤드 본체(3)에 고정되도록 형성된 원통 부재(23)는, 광 헤드 본체(3)의 선팽창 계수와 대략 동일한 선팽창 계수를 갖고 있다. 이 때문에, 원통 부재(23)는, 광 헤드 본체(3)의 열팽창 또는 열수축을 흡수하도록 열팽창 또는 열수축한다. 그 결과, 콜리메이터 렌즈(21)의 광축 어긋남 또는 초점 거리 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.

(실시의 형태 2)

도 4는 실시의 형태 2에 관한 렌즈 지지 기구(100A)의 구성을 도시하는 단면도이다. 렌즈 지지 기구(100A)는, 반도체 레이저(10)를 갖는 반도체 레이저 지지대(13)를 구비하고 있다. 반도체 레이저 지지대(13)는, 대략 중공 원통 형상을 한 프레임 부재(14)에 장착되어 있다. 프레임 부재(14)에는, 콜리메이터 렌즈(21)가 삽입되어 있다. 콜리메이터 렌즈(21)는, 프레임 부재(14)에 형성된 고정 구멍(15)에 접착제를 충전함으로써 프레임 부재(14)에 접착 고정되고, 소정의 광축 위치에 규정되어 있다.

프레임 부재(14)는, 온도 변화에 대해 거의 형상 변화가 없는 세라믹스 재료에 의해서 구성되어 있으므로, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

또한, 프레임 부재(14)는, 이하에 도시하는 (조건식 2)를 만족하는 렌즈 지지 구조로서 구성되어 있다.

△fb-△z+△L≒ 0 … (조건식 2),

여기서,

△z=γz,

△L : 반도체 레이저(10)의 부착 기준면(5)으로부터 콜리메이터 렌즈(21)의 고정 위치까지의 거리의 단위 온도당의 이동량,

γ : 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 선팽창 계수(단위:/K),

z : 반도체 레이저 부착 기준면(5)으로부터 발광점(12)까지의 거리,

fb : 콜리메이터 렌즈(21)의 초점 거리,

L : 반도체 레이저 부착 기준면(5)으로부터 콜리메이터 렌즈(21)의 고정 위치까지의 거리,

상기 실시의 형태 2의 보다 구체적인 예를 이하에 도시한다. 프레임 부재(14)의 세라믹스 재료를 코지라이트 질(質) 세라믹스로 하고, 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 재료를 구리로 하고, 콜리메이터 렌즈(21)의 fb= 6.2121, △fb= 0.036㎛으로 하면, 코지라이트 질 세라믹스의 선팽창 계수는, -5.0× 10E^-7(단위:/K)이므 로,

△L=-5.0× 10E^-7× 6.2121× 10E⁺³

=-0.0031㎛,

△z= 17× 10E^-6× 1, 3× 10^E+3= 0.0221㎛,

△fb= 0.036㎛,

따라서, △fb-△z+ △L= 0.0108㎛로 구성할 수 있어, 콜리메이터 렌즈(21)와 반도체 레이저(10)의 발광점(12)간의 거리가, 온도 변화에 대해 변화하기 어렵게 되므로, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

실시의 형태 2에서는, 피지지체(20)의 재료에 코지라이트 질 세라믹스를 이용한 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 피지지체(20)의 재료는, 온도 변화에 대해 거의 변화가 없는 세라믹스 재료 등이면 상관없다.

또한, 이 발명의 렌즈 지지 구조는, 다른 광학계에도 적용할 수 있다.

또한, 광 헤드 장치가 서로 파장이 다른 다수의 반도체 레이저를 갖는 경우에, 각 반도체 레이저에 대응하여 이 렌즈 지지 구조를 1개씩 형성하 도록 구성하면, 온도가 변화해도 콜리메이터 렌즈로부터 안정되게 평행광이 출력된다. 이 때문에, 콜리메이터 렌즈가 반도체 레이저에 대해 디포커스하지 않는 양호한 온도 특성이 얻어지게 된다. 그 결과, 저온으로부터 고온까지의 폭넓은 온도에서의 동작 환경을 보증하는 것이 가능해진다.

(실시의 형태 3)

도 5는 실시의 형태 3에 관한 렌즈 지지 기구(100B)의 구성을 도시하는 단면도이다.

프레임 부재(14A)는 내주까지 관통하는 고정 구멍(15)이 그 일부에 형성된 세라믹스제 원통(19)과, 레이저 지지대(13)와 동일한 선팽창 계수의 재료에 의해서 구성된 플레이트(16)를 구비하고 있다. 플레이트(16)는, 세라믹스제 원통(19)의 일단에 끼워져 있고, 세라믹스제 원통(19)과 일체로 구성되어 있다.

반도체 레이저(10)가 부착되는 레이저 지지대(13)가 온도 변화에 의해서 팽창·수축해도, 세라믹스제 원통(19)은 레이저 지지대(13)와 동일한 선팽창 계수를 갖는 재료의 플레이트(16)와 끼워져 있으므로, 플레이트(16)는 레이저 지지대(13)와 마찬가지로 팽창·수축한다. 이 때문에, 세라믹스제 원통(19)에 부착한 콜리메이터 렌즈(21)의 광축 어긋남의 발생을 방지할 수 있다. 렌즈 본체인 콜리메이터 렌즈(21)는, 세라믹스제 원통(19)에 삽입되고, 고정 구멍(15)에 접착제를 충전함으로써, 프레임 부재(14A)에 고정되어 있다.

이 프레임 부재(14A)는, 하기에 도시하는 (조건식 3)을 만족하는 렌즈 지지 구조로서 구성되어 있다.

△fb-△z+△L+△t≒0 … (조건식 3),

여기서,

△z=γz,

△t=αt,

α: 레이저 지지대(13)의 선팽창 계수(단위:/K),

γ: 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 선팽창 계수(단위:/K),

fb : 콜리메이터 렌즈(21)의 초점 거리,

t : 세라믹스제 원통(19)과 플레이트(16)가 끼워진 두께,

상기한 실시의 형태 3의 구체적인 예를 이하에 나타낸다. 레이저 지지대(13)의 재료를 알루미늄으로 하고, 세라믹스제 원통(19)의 세라믹스 재료를 코지라이트 질 세라믹스로 하고, 반도체 레이저(10)의 스템(11)의 재료를 구리로 하고, 콜리메이터 렌즈(21)의 초점 거리 fb= 6.2121, △fb= 0.036㎛로 하고, 코지라이트 질 세라믹스의 선팽창 계수는, -5.0× 10E^-7(단위:/K)로 하고, 세라믹스제 원통(19)과 플레이트(16)가 끼워진 두께를 t= 1.5× 10E^-3로 하면,

△L=-5.0× 10E^-7× 6.2121× 10E⁺³

=-0.0031㎛,

△z= 17× 10E^-6×1.3 × 10E⁺³= 0.0221㎛,

△t= 21× 10E^-6×1.5 × 10E⁺³= 0.0315㎛,

△fb= 0.036㎛이다.

따라서, △fb-△z+△L+△t= 0.0423㎛로 구성할 수가 있어, 콜리메이터 렌즈(21)와 반도체 레이저(10)의 발광점(12)간의 거리가, 온도 변화에 대해 변화하기 어려워 지므로, 양호한 온도 특성을 얻을 수 있다.

또한 실시의 형태 3에서는 세라믹스제 원통(19)의 재료에 코지라이트 질 세라믹스를 이용한 예를 나타냈는데, 온도 변화에 대해 거의 변화가 없는 세라믹스 재료 등이면 상관없다.

또한, 본 발명의 렌즈 지지 구조는, 다른 광학계에도 적용할 수 있다.

또한, 광 헤드 장치가 서로 파장이 다른 다수의 반도체 레이저를 갖는 경우에 각 반도체 레이저에 대응하여 이 렌즈 지지 구조를 1개씩 형성하도록 구성하면, 온도가 변화하더라도 콜리메이터 렌즈로부터 안정되게 평행광이 출력되므로, 콜리메이터 렌즈가 반도체 레이저에 대해 디포커스하지 않는 양호한 온도 특성이 얻어지게 되어, 저온으로부터 고온까지의 폭넓은 온도에서의 동작 환경을 보증하는 것이 가능해진다.

(실시의 형태 4)

도 6은, 실시의 형태 4에 관한 광 정보 처리 장치(200)의 구성을 모식적으로 도시하는 블록도이다. 광 정보 처리 장치(200)는, 실시의 형태 1에서 전술한 렌즈 지지 구조(100)가 형성된 광 헤드 장치(40)를 구비하고 있다. 광 헤드 장치(40)에는, 대물 렌즈(45)가 더 형성되어 있다. 대물 렌즈(45)는, 렌즈 지지 구조(100)에 형성된 렌즈 본체를 투과한 레이저 빔을 광 디스크(41) 상에 수속시킨다.

광 정보 처리 장치(200)에는, 광 디스크(41)를 지지·회전시키기 위한 모터(42)가 설치되어 있다. 광 정보 처리 장치(200)는, 서보 기구(46)를 구비하고 있다. 서보 기구(46)는, 광 헤드 장치(40)로부터 얻어지는 포커스 에러 신호 및 트랙킹 에러 신호에 따라서, 광 헤드 장치(40)에 설치된 대물 렌즈(45)의 위치를 제어하기 위해서 형성되어 있다.

광 정보 처리 장치(200)는, 서보 기구(46)를 제어하기 위해서 형성된 전기 회로(47)와, 전기 회로(47), 서보 기구(46) 및 모터(42)에 전력을 공급하기 위한 전원(44)을 구비하고 있다. 이들 전기 회로(47), 서보 기구(46), 모터(42) 및 전원(44)은, 회로 기판(42) 상에 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 광 정보 처리 장치(200)에 있어서는, 전원(44)이 모터(42), 서보 기구(46) 및 전기 회로(47)에 전력을 공급하면, 광 디스크(41)가 모터(42)에 의해서 회전된다. 그리고, 광 헤드 장치(40)는, 광 디스크(41)와의 위치 관계에 대응하는 신호(포커스 에러 신호, 트랙킹 에러 신호)를 서보 기구(46)로 전송한다. 서보 기구(46)는 이 신호를 연산하여, 광 헤드 장치(40) 또는 광 헤드 장치(40) 내의 대물 렌즈(45)의 위치를 제어하므로, 이를 미동시키기 위한 신호를 광 헤드 장치(40)에 공급한다. 광 헤드 장치(40)는, 광 디스크(41)에 대해 포커스 서보와 트랙킹 서보를 행하여, 광 디스크(41)에 대해 정보의 독출 또는 기입 혹은 소거를 한다. 또, 전원은, 광 정보 처리 장치(200)의 외부에 형성해도 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 열 팽창 및 열 수축에 기인하는 발광점과 콜리메이터 렌즈간의 위치 어긋남을 흡수할 수 있는 렌즈 지지 기구, 광 헤드 장치 및 광 정보 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims

레이저 빔을 출사하는 반도체 레이저와,

상기 반도체 레이저가 고정 배치된 본체와,

상기 반도체 레이저로부터 출사된 상기 레이저 빔과 동축에 배치된 렌즈 본체와,

그 내면에 상기 렌즈 본체를 고정 배치하도록 원통 형상으로 형성된 제1 원통 부재와,

상기 렌즈 본체에 대해 상기 반도체 레이저의 반대측에서 상기 제1 원통 부재와 끼워져 있고, 상기 본체에 고정되도록 형성된 제2 원통 부재를 구비하고,

상기 제2 원통 부재는, 상기 본체의 선팽창 계수와 대략 동일한 선팽창 계수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 지지 기구.
제 1항에 있어서, 상기 제1 원통 부재와 상기 제2 원통 부재의 끼움 위치로부터 상기 렌즈 본체가 상기 제1 원통 부재에 고정된 위치까지의 거리(y)의 단위 온도당 이동 변화량(△y)은, 하기의 관계식 (1)을 실질적으로 만족하고,

△y= △x-△z-△fb … 관계식 (1),

여기서,

△x=αx,

△y=βy,

△z=γz,

△fb : 상기 렌즈 본체의 단위 온도당 백 포커스의 변화량,

α : 상기 본체의 선팽창 계수(단위:/K),

β: 상기 제1 원통 부재의 선팽창 계수(단위:/K),

γ : 상기 반도체 레이저에 형성된 스템의 선팽창 계수(단위:/K),

x : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면으로부터 상기 제1 원통 부재와 상기 제2 원통 부재의 끼움 위치까지의 거리,

z : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 반도체 레이저의 발광점까지의 거리인, 렌즈 지지 기구.
제 1항에 있어서, 상기 제2 원통 부재와 상기 본체는, 알루미늄에 의해서 구성되어 있는, 렌즈 지지 기구.
제 1항에 있어서, 상기 제2 원통 부재와 상기 본체는, 아연에 의해서 구성되어 있는, 렌즈 지지 기구.
제 1항에 있어서, 상기 제2 원통 부재는 아연에 의해서 구성되어 있고,

상기 본체는, 마그네슘에 의해서 구성되어 있는, 렌즈 지지 기구.
제 1항에 있어서, 상기 제2 원통 부재는 아연에 의해서 구성되어 있고,

상기 본체는, 폴리페닐렌술파이드에 의해서 구성되어 있는, 렌즈 지지 기구.
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레이저 빔을 출사하는 반도체 레이저와,

상기 반도체 레이저가 고정 배치된 지지대와,

상기 반도체 레이저로부터 출사된 상기 레이저 빔과 동축으로 배치된 렌즈 본체와,

그 내면에 상기 렌즈 본체를 고정 배치하도록 형성된 원통 형상을 한 프레임 부재와,

상기 프레임 부재와 끼워지도록 상기 지지대에 고정된 플레이트를 구비하고,

상기 플레이트는, 상기 지지대의 선팽창 계수와 대략 동일한 선팽창 계수를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 지지 기구.
제 10항에 있어서, 상기 프레임 부재는, 세라믹스 재료에 의해서 구성되어 있는, 렌즈 지지 기구.
제 10항에 있어서,

상기 렌즈 본체의 단위 온도당 백 포커스의 변화량(△fb)은 하기의 관계식 (3)을 실질적으로 만족하고,

△fb-△z+△L+△t≒0 …관계식 (3),

여기서,

△z=γz,

△t=αt,

△L : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 렌즈 본체의 고정 위치까지의 거리의 단위 온도당 이동량,

α: 상기 지지대 및 상기 플레이트(3)의 선팽창 계수(단위:/K),

γ: 상기 반도체 레이저에 형성된 스템(11)의 선팽창 계수(단위:/K),

z : 상기 반도체 레이저의 부착 기준면에서 상기 반도체 레이저의 발광점까지의 거리,

t : 상기 프레임 부재와 상기 플레이트가 끼워진 두께인, 렌즈 지지 기구.
제1항 또는 제10항 기재의 렌즈 지지 구조와,

상기 렌즈 지지 구조에 형성된 상기 렌즈 본체를 투과한 상기 레이저 빔을 정보 기록 매체 상에 수속시키는 대물 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 헤드 장치.
제13항 기재의 광 헤드 장치와,

상기 정보 기록 매체를 회전시키는 모터와,

상기 광 헤드 장치로부터 얻어지는 포커스 에러 신호 및 트랙킹 에러 신호에 따라서, 상기 광 헤드 장치에 형성된 상기 대물 렌즈의 위치를 제어하는 서보 기구와,

상기 서보 기구를 제어하기 위한 전기회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 정보 처리 장치.