JP4311501B2 - 対物レンズ並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、光磁気ディスク（ＭＯ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクの信号記録面上に光ビームを集束させる対物レンズ並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置に関する。

従来より、光ディスクに情報を記録したり、或いは、光ディスクに記録された情報を再生するものとして光ディスク装置が知られている。該光ディスク装置は、一般に、光ディスクを回転させる光ディスク駆動装置と、光源から出射された光ビームをフォーカシング方向とトラッキング方向との二軸方向に制御駆動される対物レンズを介して光ディスクに集束させると共に該光ディスクからの戻り光を受け取る光学ピックアップ装置とを備えている。

図４は、前記光学ピックアップ装置の一例を示しており、この例では、光学ピックアップ装置１は、光ディスク２の下方に挿入される対物レンズ３の下方に位置し、光軸に対して４５°傾斜して設けられたビームスプリッタ４と、該ビームスプリッタ４の下方に配設された光検出器５と、前記ビームスプリッタ４の反射面６側側方に順次配設されたグレーティング素子７、半導体レーザ８とで概略構成されている。

また、図５及び図６は、前記対物レンズを２軸方向に駆動する駆動部の一例を示しており、この例では、対物レンズ駆動部１１は、水平に延出する弾性体製のサスペンション１２と、該サスペンション１２にそれぞれ支持された対物レンズホルダ１３、フォーカシングコイル１４、トラッキングコイル１５と、前記対物レンズホルダ１３に水平に保持された前記対物レンズ３と、磁性体製のヨーク１７と、該ヨーク１７に固着されたマグネット１８とで概略構成され、磁気中立（動作中心）点Ｍを挟んで前記対物レンズ３と反対の位置にカウンターバランス１９が設けられている。

そして、前記対物レンズ３は、図７に示すように、光源側である下方に湾曲した光学面２０と、光ディスク側である上方に湾曲した別の光学面２１と、前記光学面２０と別の光学面２１の間に形成されたフランジ状のコバ部２２とを備え、前記対物レンズ３の重心Ｇは前記光学面２０と前記コバ部２２の境界面２３より上方に位置している。

このような構成において、前記光ディスク駆動装置（図示せず）により前記光ディスク２が回転され、前記対物レンズ駆動部１１により前記対物レンズ３が前記ディスク２の下方の光路中に挿入される。そして、前記半導体レーザ８から水平方向に出射された光ビーム２４は、前記グレーティング素子７によりメインビームとサブビームに分割され、前記ビームスプリッタ４の前記反射面６で上向きに反射する。該反射した光ビーム２４は、前記対物レンズ３で屈折し、前記光ディスク２の信号記録面２５に集束すると共に下向きに反射し、戻り光ビーム２４となる。該戻り光ビーム２４は、再び前記対物レンズ３で屈折し、前記ビームスプリッタ４を透過した後、前記光検出器５に入射する。

その後、該光検出器５により光電変換が行われ、出力された検出信号に基づいて、前記光ディスク２の信号記録面２５に記録された情報の再生が行われる。また、その時、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号が検出され、該各信号に基づいて、前記フォーカシングコイル１４及びトラッキングコイル１５の駆動電流がそれぞれサーボ制御される。そして、前記フォーカシングコイル１４及びトラッキングコイル１５を流れる電流が前記ヨーク１７及びマグネット１８により形成された磁界とそれぞれ作用し合うことにより、前記対物レンズ３はフォーカシング方向及びトラッキング方向へ駆動制御される。

特開平０１−２８４８１６号公報

ところが、上記した従来の対物レンズ並びに光学ピックアップ装置及び光ディスク装置では、前記対物レンズ３の重心Ｇが前記対物レンズ駆動部１１の磁気中立（動作中心）点Ｍよりかなり高い位置にあるため、先端側が不安定となり、前記磁気中心点Ｍを中心にフォーカシング方向に大きなモーメントが発生する。そのため、そのモーメントを抑制するために前記カウンターバランス１９の重量を大きくしたり（図５参照）、或いは、該カウンターバランスの重量を制限しつつ前記モーメントを抑制するために前記カウンターバランス１９を前記磁気中立（動作中心）点Ｍから遠く低い位置に配置したり（図６参照）する必要があった。そして、前記カウンターバランス１９の重量が大きい場合には、前記対物レンズ駆動部１１に一定電圧をかけた時の変位量や加速度等の動作感度が悪化し、また、前記カウンターバランス１９を遠い位置に配置した場合には、前記対物レンズ３やカウンターバランス１９の配置が分散されるため、剛性が弱くなり、２次共振周波数が低下し、サーボ帯域の確保が困難となったり、前記対物レンズ３がローリングするといった問題があった。さらに、前記対物レンズ駆動部１１の高さ方向、長さ方向の寸法が大きくなり、装置の小型化が図り難いといった問題もあった。

また、上記した従来の対物レンズ並びに光学ピックアップ装置及び光ディスク装置を、車中等の温度変化の激しい環境下で使用する場合には、温度変化によりレンズ形状が変わり、収差が悪化するのを避けるため、線膨張係数の小さいガラスを使用し、また、開口数の高い用途で使用する場合には、屈折率の高いガラスを使用するのが有効である。しかしながら、ガラスはプラスティック等に比べて重量が大きいので、それらの場合においては、前述した課題は一層深刻になっていた。

そこで、本発明は、以上の点に鑑み、バランスが取り易く安定性が向上し、小型軽量化が図れ、動作時の感度に優れ、車中や高開口数での使用にも適した対物レンズ並びに光学ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供するものである。

本発明に係る対物レンズは、光源から出射された光ビームを光ディスクに集束させる単レンズからなりレンズホルダにより支持されるガラス材料からなる開口数が０．８以上の対物レンズであって、前記光源側に凸曲面状の光学面と、前記光源側の光学面より前記光ディスク側に形成されたコバ部と、前記コバ部より前記光ディスク側に前記光源側の光学面とは別の光学面とを備え、前記光源側の光学面は、前記光ディスク側の光学面よりも曲率半径が小さく形成され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面で、レンズホルダにより前記光源側から支持され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面より前記光源側の光学面側に重心が位置するように形成されている。

好ましくは、前記光学面が非球面であり、また、前記光ディスク側の光学面が非球面である。

また、本発明に係る光学ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを光ディスクに集束させる単レンズからなりガラス材料からなる開口数が０．８以上の対物レンズと、前記光ディスクからの戻り光ビームを受け取る光検出器と、前記対物レンズを支持するレンズホルダとを備え、前記対物レンズは、前記光源側に凸曲面状の光学面と、前記光源側の光学面より前記光ディスク側に形成されたコバ部と、前記コバ部より前記光ディスク側に前記光源側の光学面とは別の光学面とを備え、前記光源側の光学面は、前記光ディスク側の光学面よりも曲率半径が小さく形成され、前記対物レンズは、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面で、前記レンズホルダにより前記光源側から支持され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面より前記光源側の光学面側に重心が位置するように形成されている。

さらに、本発明に係る光ディスク装置は、光ディスクを回転させる光ディスク駆動装置と、光源から出射された光ビームを少なくともフォーカシング方向に制御駆動される単レンズからなりガラス材料からなる開口数が０．８以上の対物レンズを介して光ディスクに集束させると共に該光ディスクからの戻り光を受け取る光学ピックアップ装置とを備え、前記対物レンズは、前記光源側に凸曲面状の光学面と、前記光源側の光学面より前記光ディスク側に形成されたコバ部と、前記コバ部より前記光ディスク側に前記光源側の光学面とは別の光学面とを備え、前記光源側の光学面は、前記光ディスク側の光学面よりも曲率半径が小さく形成され、前記対物レンズは、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面で、前記光学ピックアップ装置のレンズホルダにより前記光源側から支持され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面より前記光源側の光学面側に重心が位置するように形成されている。

このような構成において、前記光源より出射された光ビームは前記対物レンズに入射し、前記光学面で屈折後、前記光ディスクに集束すると共に下向きに反射する。該反射した光ビームは、再び前記対物レンズに入射し、前記光学面で屈折後、前記光検出器に入射する。その後、該光検出器により出力された信号に基づいて、前記光ディスクの信号記録面に記録された情報の再生が行われると共に前記対物レンズは少なくともフォーカシング方向へ駆動制御される。

本発明は、対物レンズの重心が境界面より光学面側にあり、対物レンズの重心と磁気中立点との上下方向の距離が短くなるため、対物レンズ駆動部全体のバランスが取り易く、重量のばらつきの抑制及びカウンターバランスの軽量化及びコンパクト化を図ることが可能となり、装置の動作感度の向上を図ることができる。また、本発明は、対物レンズ駆動部全体の剛性を向上させ、２次共振周波数を上げることができ、サーボ帯域の確保が容易となる。さらに、本発明は、対物レンズのローリングを抑制でき、装置の安定した動作を確保することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図３中、図５〜図７中の構成と同等のものについては同符号を付し、それらの構成及び作用に関する詳細な説明は省略する。

図１は本発明の実施の形態に係る対物レンズ３１を示しており、該対物レンズ３１は、例えば、ガラス製であり、光源側である下方に湾曲した凸曲面状の光学面３２と、該光学面３２の光ディスク側である上方に形成されたフランジ状のコバ部３４とを備え、該コバ部３４の上面側にはさらに別の光学面３５が形成されている。前記光学面３２の最下点から該光学面３２と前記コバ部３４の境界面３６迄の距離、すなわち、前記光学面３２のサグ量Ｓは前記コバ部３４の厚みＤに比べて十分大きく、前記対物レンズ３１の重心Ｇは前記境界面３６より下方に位置している。したがって、前記光学面３２は曲率半径が小さく、屈折力が大きくなるため、前記別の光学面３５は小さい屈折力、或いは、負の屈折力を備えるようになっている。また、好ましくは、前記光学面３２、前記別の光学面３５は非球面状を成している。尚、対物レンズ３１は、図５及び図６に示した従来の光学ピックアップ装置の対物レンズ駆動部と同様に、対物レンズホルダ１３により保持されている。具体的には、図２及び図３に示すように、対物レンズホルダ１３のレンズ支持部１６により対物レンズ３１の光源側の光学面３２とコバ部３４との境界面３６を支持している。

図２は前記対物レンズ３１を備えた対物レンズ駆動部３７を示しており、該対物レンズ駆動部３７には磁気中立（動作中心）点Ｍを挟んで前記対物レンズ３１の反対側にカウンターバランス３８が設けられ、装置全体のバランスを取るようになっている。この場合、前記対物レンズ３１の重心Ｇ位置は前記境界面３６より前記光学面３２側となり、重心Ｇと磁気中立点Ｍとの上下方向の距離が短くなり、前記磁気中立点Ｍを中心としたフォーカシング方向のモーメントが小さくなるので、前記カウンターバランス３８を軽量化することができる。

以下、図１、図２及び図４により、前記対物レンズ３１並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光学ディスク装置の作用を説明する。

前記対物レンズ駆動部３７により前記対物レンズ３１を回転中の光ディスク２の下方の光路中に挿入する。半導体レーザ８より出射された光ビーム２４はグレーティング素子７を経由後、ビームスプリッタ４で上向きに反射し、前記対物レンズ３１に入射する。該対物レンズ３１に入射した光ビーム２４は前記光学面３２で屈折し、さらに前記別の光学面３５で屈折後、前記光ディスク２の信号記録面２５に集束すると共に下向きに反射する。該反射した光ビーム２４は戻り光ビーム２４となり、再び前記対物レンズ３１に入射し、前記各光学面３５，３２で順次屈折後、前記ビームスプリッタ４を透過し、前記光検出器５に入射する。

その後、該光検出器５により出力された検出信号に基づいて、前記光ディスク２の信号記録面２５に記録された情報の再生が行われると共にフォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、フォーカシングコイル１４及びトラッキングコイル１５の駆動電流がそれぞれサーボ制御される。そして、前記フォーカシングコイル１４及びトラッキングコイル１５を流れる電流が前記ヨーク１７及びマグネット１８により形成された磁界とそれぞれ作用し合うことにより、前記対物レンズ３１はフォーカシング方向及びトラッキング方向へ駆動制御される。上述したように前記カウンターバランス３８は軽量化が図られているので、この時の前記対物レンズ３１の駆動動作の感度は向上する。

なお、図３に示したように、カウンターバランス３９を低い位置に設けることもでき、この場合には、上記実施の形態の場合と比べて磁気中立点Ｍと前記カウンターバランス３９と上下方向の距離が長くなる分、前記カウンターバランス３９をより軽量化することができる。

また、上記実施の形態においては、前記各光学面３２，３５は非球面状を成しているが、球面状を成していてもよい。さらに、前記対物レンズ３１の材質は、前述したガラスに限らず、プラスティック、又は、プラスティックとガラスを複合したレプリカレンズ等２種類以上の材料を研磨し、或いは成形仕上げし貼り合せたもの、或いはインサート成形したもの等であってもよい。

さらに、上記実施の形態においては、前記対物レンズ３１の上方に前記光ディスク２、下方に前記光源８が配置されている場合について説明したが、本発明はこれら以外の配置、例えば、前記対物レンズ３１の下方に前記光ディスク２、上方に前記光源８が配置されている場合においても実施可能である。この場合、前記対物レンズ３１の姿勢も上下反対になることは言う迄もない。

さらにまた、本発明に係る前記対物レンズ３１は前記対物レンズ駆動部３７に限らず、軸摺回動型等他の構成の駆動装置においても使用可能であることは言う迄もない。

以上述べた如く本発明を適用した対物レンズ並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置は、対物レンズの重心が境界面より光学面側にあり、対物レンズの重心と磁気中立点との上下方向の距離が短くなるため、対物レンズ駆動部全体のバランスが取り易く、重量のばらつきの抑制及びカウンターバランスの軽量化及びコンパクト化を図ることが可能となり、装置の動作感度の向上を図ることができる。また、本発明を適用した対物レンズ並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置は、対物レンズ駆動部全体の剛性を向上させ、２次共振周波数を上げることができ、サーボ帯域の確保が容易となる。さらに、本発明を適用した対物レンズ並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置は、対物レンズのローリングを抑制でき、装置の安定した動作を確保することができる。

また、本発明を適用した対物レンズ並びにこれを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置は、対物レンズの屈折力を大きくとることができるので、開口数の高い用途での使用が可能となる等種々の優れた効果を発揮することができる。

本発明の実施の形態に係る対物レンズの側面図である。 本発明の実施の形態に係る対物レンズを備えた対物レンズ駆動部を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る対物レンズを備えた対物レンズ駆動部の別の例を示す概略構成図である。 光学ピックアップ装置を示す概略構成図である。 従来の対物レンズ駆動部を示す概略構成図である。 従来の対物レンズ駆動部の別の例を示す概略構成図である。 従来の対物レンズを示す側面図である。

符号の説明

３１ 対物レンズ、３２ 光学面、３４ コバ部、３５ 別の光学面、３６ 境界面、３７ 対物レンズ駆動部

Claims (10)

1. 光源から出射された光ビームを光ディスクに集束させる単レンズからなりレンズホルダにより支持されるガラス材料からなる開口数が０．８以上の対物レンズであって、
   前記光源側に凸曲面状の光学面と、
   前記光源側の光学面より前記光ディスク側に形成されたコバ部と、
   前記コバ部より前記光ディスク側に前記光源側の光学面とは別の光学面とを備え、
   前記光源側の光学面は、前記光ディスク側の光学面よりも曲率半径が小さく形成され、
   前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面で、レンズホルダにより前記光源側から支持され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面より前記光源側の光学面側に重心が位置するように形成されている対物レンズ。
2. 前記重心の位置が、更に前記レンズホルダのレンズ支持部の厚み内に位置するように形成されている請求項１に記載の対物レンズ。
3. 前記光源側の光学面が非球面である請求項１又は請求項２に記載の対物レンズ。
4. 前記光ディスク側の光学面が非球面である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
5. 光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを光ディスクに集束させる単レンズからなりガラス材料からなる開口数が０．８以上の対物レンズと、
   前記光ディスクからの戻り光ビームを受け取る光検出器と、
   前記対物レンズを支持するレンズホルダとを備え、
   前記対物レンズは、
   前記光源側に凸曲面状の光学面と、
   前記光源側の光学面より前記光ディスク側に形成されたコバ部と、
   前記コバ部より前記光ディスク側に前記光源側の光学面とは別の光学面とを備え、
   前記光源側の光学面は、前記光ディスク側の光学面よりも曲率半径が小さく形成され、
   前記対物レンズは、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面で、前記レンズホルダにより前記光源側から支持され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面より前記光源側の光学面側に重心が位置するように形成されている光学ピックアップ装置。
6. 更に、前記対物レンズを少なくともフォーカシング方向に制御駆動させる対物レンズ駆動部を備え、
   前記対物レンズ駆動部の磁気中立点を挟んで一方の側に前記対物レンズが設けられ、該対物レンズの反対側にカウンターバランスが設けられている請求項５に記載の光学ピックアップ装置。
7. 上記レンズホルダは、水平方向に延出されたサスペンションに支持されている請求項５又は請求項６に記載の光学ピックアップ装置。
8. 光ディスクを回転させる光ディスク駆動装置と、
   光源から出射された光ビームを少なくともフォーカシング方向に制御駆動される単レンズからなりガラス材料からなる開口数が０．８以上の対物レンズを介して光ディスクに集束させると共に該光ディスクからの戻り光を受け取る光学ピックアップ装置とを備え、
   前記対物レンズは、
   前記光源側に凸曲面状の光学面と、
   前記光源側の光学面より前記光ディスク側に形成されたコバ部と、
   前記コバ部より前記光ディスク側に前記光源側の光学面とは別の光学面とを備え、
   前記光源側の光学面は、前記光ディスク側の光学面よりも曲率半径が小さく形成され、
   前記対物レンズは、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面で、前記光学ピックアップ装置のレンズホルダにより前記光源側から支持され、前記光源側の光学面と前記コバ部との境界面より前記光源側の光学面側に重心が位置するように形成されている光ディスク装置。
9. 光学ピックアップ装置は、更に、前記対物レンズを少なくともフォーカシング方向に制御駆動させる対物レンズ駆動部を備え、
   前記対物レンズ駆動部の磁気中立点を挟んで一方の側に前記対物レンズが設けられ、該対物レンズの反対側にカウンターバランスが設けられている請求項８に記載の光ディスク装置。
10. 上記レンズホルダは、水平方向に延出されたサスペンションに支持されている請求項８又は請求項９に記載の光ディスク装置。

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