(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射したレーザ光をコリメートレンズで平行化し、可動部内の対物レンズで集光させ光ディスクに照射させる機構を備える光ディスク装置用光学ヘッドにおいて、前記対物レンズがスライダに搭載され、前記コリメートレンズと前記対物レンズとの間に少なくとも二枚のレンズが配置され、二枚のレンズのうち光源側又は可動部側の少なくともどちらかのレンズを、スライダのシーク量、温度、膜厚の情報に基づいて、光軸方向に沿って移動させうるように、温度検出手段、膜厚検出手段及びシーク位置検出手段を備え、二枚のレンズのうち光源側又は可動部側の少なくともどちらかのレンズが、温度検出手段、膜厚検出手段及びシーク位置検出手段から得られる信号に基づき光軸方向に移動させてフォーカス制御を行いうるよう配置され、フォーカス制御に連動してレーザ光の出力を調整する出力調整機構を備えたことを特徴とする光ディスク装置用光学ヘッド。
【請求項２】
コリメートレンズと前記対物レンズとの間の二枚のレンズが、可動部内に配置させてある請求項１に記載の光ディスク装置用光学ヘッド。
【請求項３】
対物レンズの光源側に所定の径の開口を有し、対物レンズを透過する以外の光量を検出しうる光量検出器を備え、前記出力調整機構が前記光量検出器により検出された光量に応じてレーザ光の出力を調整する請求項１又は２に記載の光ディスク装置用光学ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮上型ヘッド機構を設けた光ディスク装置用光学ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置を構成する光学ヘッドに要求される機能としては、対物レンズで絞られたビームスポットを光ディスクの記録面上に照射させるためのフォーカス機能、光ディスクの所望のトラック位置にビームを照射させるトラック機能、そして記録面上に書かれた情報を読み出すための光磁気信号読み出し機能である。図９に従来の光学ヘッドの概略図を示す。半導体レーザ１から出射された光は、コリメートレンズ２で平行化され、ビームスプリッタ３、対物レンズ４を透過し、光ディスクの記録面上にビームが絞られた状態で照射される。光ディスクの記録面６からの反射光は、ビームスプリッタ３により復路の検出系へ導かれる。
【０００３】
従来、光ディスクの高密度化を図る手法の１つとして、対物レンズのＮＡ（開口径）を高くして、光ディスク記録面上でのビーム径を小さくすることが提案されている。しかしながらＮＡを高くすると光ディスクのチルトによるコマ収差（ＮＡの３乗に比例）や、対物レンズと光ディスクの記録面６との間の距離（作動距離）の変動等による球面収差（ＮＡの４乗に比例）が増大し、情報信号を光ディスクに記録再生させることが困難となってしまう。
【０００４】
そこで上記の問題を解決する方法として、近年、ハードディスクに用いられているスライダにレンズを搭載し浮上させる方法が提案され始めた（図９参照）。スライダ５を用いると、光ディスクの回転によりスライダの浮上量の変動量の安定化、すなわち作動距離の安定化を図ることができ、さらに光ディスクのチルトに対してスライダもならうため波面収差を抑えることが可能になる。
【０００５】
ここで、作動距離の安定化を図るためには、光ディスクの回転制御方式は、光ディスクの回転数を可変にし、線速度一定のＣＬＶ（Constant Linear Velocity）、ＺＣＬＶ（Zoned Constant Linear Velocity）方式が望ましい。ただしＣＬＶ、ＺＣＬＶ方式だと回転数の制御に時間を要する。ゆえに高速アクセス、高速転送も要求される光ディスクには回転数が一定で線速度が変動するＣＡＶ（Constant Angular Velocity）、ＺＣＡＶ（Zoned Constant Angular Velocity）の方が適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インターネットの普及に伴い、インターネットを駆使して扱うデータの記憶媒体として光ディスクが盛んに用いられている。光ディスクはさらなる大容量化を求められており、また高速アクセス、高速転送も要求されている。光ディスクの大容量化は上記で述べたようにＮＡを高くした対物レンズ（ＮＡ：０．７〜０．９）を搭載したスライダを用いることによって、実現が可能である。
【０００７】
一方、高速アクセス、高速回転を満たすには、光ディスクの回転制御をＣＡＶ、ＺＣＡＶにすることが望まれている。しかしながら、ＣＡＶ、ＺＣＡＶにすると回転数は一定になるため、光ディスクのインナからアウタにかけて線速度が変動する。したがって、対物レンズが搭載されたスライダをシークさせた場合に、スライダの浮上圧が変化することで、浮上量が変動するため、作動距離が変わる。よって、対物レンズで絞られた収束光は、光ディスクの記録面に焦点を結ぶことができなくなり、フォーカスぼけが発生する。ゆえに光ディスクへ正確な情報信号を記録したり再生したりすることが困難になってしまう。特に、高ＮＡ光学系になると、焦点深度は短くなるので、よりその影響は深刻である。また、半導体レーザの環境温度等により波長変動が発生し、その結果色収差も生じてしまう。これも高ＮＡ高学系になるとより深刻である。
【０００８】
本発明では、光ディスクの回転制御方式がＣＡＶ、ＺＣＡＶであっても、スライダをシークさせたとき対物レンズで絞られた収束光が、フォーカスエラー信号を検出することにより常に光ディスクの記録面に焦点を結びうる光ディスク装置用光学ヘッドを提供することを目的とする。また、色収差も抑制しかつトラッキング制御も行うことが可能となり、良好に記録再生できる高ＮＡ光ディスク装置用光学ヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、光源から出射したレーザ光をコリメートレンズで平行化し、可動部内の対物レンズで集光させ光ディスクに照射させる機構を備える光ディスク装置用光学ヘッドにおいて、前記対物レンズがスライダに搭載され、前記コリメートレンズと前記対物レンズとの間に少なくとも二枚のレンズが配置され、二枚のレンズのうち光源側又は可動部側の少なくともどちらかのレンズを、スライダのシーク量、温度、膜厚の情報に基づいて、光軸方向に沿って移動させうるように、温度検出手段、膜厚検出手段及びシーク位置検出手段を備え、二枚のレンズのうち光源側又は可動部側の少なくともどちらかのレンズが、温度検出手段、膜厚検出手段及びシーク位置検出手段から得られる信号に基づき光軸方向に移動させてフォーカス制御を行いうるよう配置され、フォーカス制御に連動してレーザ光の出力を調整する出力調整機構を備えたことを特徴とする光ディスク装置用光学ヘッドが提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図（その１）である。図１に示すように光源（半導体レーザ１）から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２で平行化される。平行化された光は、可動部１４とビームスプリッタ３間に配置したビームエキスパンダ１１と呼ばれる複数枚のレンズから構成される一つのユニットを透過する。透過した光はスライダに搭載された対物レンズ４で収束され、光ディスク７の記録面に焦点を結ぶようになっている。
【００１３】
図１のビームエキスパンダ１１には、説明を簡便にするため２枚のレンズを用いている。また、ビームエキスパンダ１１を出射後の光束の有効径は、コリメートレンズ２で平行化された光束の有効径よりも小さくなるようにする。スライダ５に搭載する対物レンズ４は、荷重の制約等からできるだけ小さい方が望ましいので、有効径も小さくしておくことが必要であるが、高ＮＡになると部品の組立て及び調整誤差が厳しくなる。そこで少なくともビームエキスパンダ１１に入射する前の有効光束径を大きくしておくと、固定光学部は既存の光学系が流用しやすくなるという利点がある。
【００１４】
フォーカス制御は、ビームエキスパンダ１１内の光源側又は可動部側のどちらか一方のレンズを、フォーカスエラー信号に基づき光軸方向にデフォーカスさせて行うようにする。出射後の光束の有効径は、コリメートレンズ２で平行化された光束の有効径よりも小さいことが好ましい。また、トラッキング制御は、ビームエキスパンダ１１と可動部１４との間に配置したガルバノミラー１３を揺動させることで、半径方向の所望の位置にビームを照射させることが可能である。トラッキングの手段としては、光ディスクの記録膜の案内溝からの回折を利用したプッシュプル法や、入射ビームを回折格子を用いて３ビームにし、その反射光を検出する３ビーム法等がある。なおトラッキング制御は、スライダ５に回転機構を付加すれば、スライダ５を光軸方向に対して垂直方向に偏芯させることによって、ガルバノミラー１３を用いずにトラッキング制御が可能になる。
【００１５】
ビームエキスパンダ１１は可動部１４とビームスプリッタ３との間に配置させたが、可動部１４内にビームエキスパンダ１１を配置させてもよい。可動部１４内に配置させると、対物レンズ４が搭載されたスライダをシークさせても、コリメートレンズ２で平行化された光束がビームエキスパンダ１１の入射面でケラレによる変動を生じることがないので、ＮＡの変動を制御することが可能となる。
なお、図１中、６は光ディスクの記録面、８はスピンドル回転軸、９は第１レンズ、１０は第２レンズ、１２は立上げミラー、１５は光量検出器、１６は光量検出回路、１７は半導体レーザ駆動回路を意味する。
【００１６】
ところで光ディスクの回転制御方式が、ＣＡＶ、ＺＣＡＶであるとする。この場合、光ディスクの回転数は一定なので、インナからアウタにかけて線速度が変動する。するとスライダをシークさせたとき浮上圧が一定ではなくなり、浮上量が変動するため、光ディスクの記録面６に焦点を結ぶことが困難となる。
そこで、ビームエキスパンダ１１内の第１レンズ９を光軸方向にシフトさせて、ビームエキスパンダを透過した場合の光束の波面収差を図２に示す。横軸はフォーカス点のシフト量、左側の縦軸は第１レンズ９のシフト量、右側の縦軸は波面収差値である。左側の縦軸の正の方向は、第１レンズ９が第２レンズ１０に対して近づく方向である。なお、横軸のフォーカスシフト量は、スライダ５の浮上変動量に相当する。
【００１７】
図２よりフォーカス点がシフトしても、図１のビームエキスパンダ１１の第１レンズ９を光軸方向にシフトさせることによって、波面収差をかなり低減させることができるので、記録面６にほぼ焦点を結ぶことが可能である。従って、回転制御方式が、ＣＡＶ、ＺＣＡＶであっても、スライダをシークさせたとき対物レンズで絞られた収束光は、常に光ディスクの記録面にほぼ焦点を結ぶことができるので、常に良好な波面収差を得ことが可能である。
【００１８】
一般的に、ビームエキスパンダから対物レンズに入射する光束径は、対物レンズのアパーチャよりも大きくしてある。これは対物レンズ（アクチュエータ）の組立て誤差、調整ずれのマージンを考慮してあるからである。従って、本発明では、このとき対物レンズ４のアパーチャに、図１に示すように光量検出器１５を配置する。そうすれば、常にケラレによる光量を検出することができる。
【００１９】
例えば、光ディスク７のセンタにおいて、対物レンズ４に入射する光束が平行光だとする（図３）。このとき対物レンズ４がアウタ側にシークすると、フォーカスエラー信号よりビームエキスパンダ１１の第１レンズ９と第２レンズ１０との間隔が狭まり、対物レンズ４に入射する光は発散光となる（図４）。一方、対物レンズ４がインナ側にシークすると、エキスパンダ１１の２個のレンズ間隔は広がる方向に移動するので、対物レンズ４に入射する光は収束光となる（図５）。よって、対物レンズ４がセンタからアウタへシークしたとき、ケラレが大きくなり、光検出器１５における光量が増加する。インナへシークしたときはケラレが小さくなり光検出器１５における光量は減少する。
【００２０】
そこで図１の光量検出器１５で、ケラレによる光量の増減を検出し、光量検出回路１６で必要なＬＤパワーを検出し、半導体レーザ駆動回路１７でレーザ駆動用の出力を補正する。この構成により、光量不足による記録再生のエラーを低減させることが可能となる。なお、ここでは第１レンズ９を光軸方向に沿ってシフトさせたが、第２レンズ１０を同様にシフトさせてもよい。
【００２１】
なお、上記光学ヘッドは、浮上量が変動しやすいＣＡＶ及びＺＣＡＶ方式に使用することが好ましいが、ＣＬＶ及びＺＣＬＶ方式にも適用可能である。すなわち、後者の方式であっても、光ディスクの回転時のバタツキや光ディスク自体の厚さの変動等で、浮上量が変動する場合があり、その場合に本発明の光学ヘッドを有効に用いることができる。
【００２２】
図６に本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図（その２）を示す。図２ではフォーカスエラー信号により、レンズ１を光軸方向に移動させてフォーカス制御を行っている。それに対して図６では（１）スライダのシーク量を算出、（２）シーク位置検出回路・駆動回路１８よりスライダの半径位置算出（線速度より浮上量を算出）、（３）光ディスク表面の保護膜厚さ、温度・膜厚センサー２０と温度・膜厚検出回路１９により、温度による保護膜厚の変動及びインナからアウタにかけての膜厚の厚みむらを検出、（４）（２）及び（３）より第１レンズ９のシフト量をシフト量演算回路２１で演算、（５）第１レンズ駆動回路２２により第１レンズ９を光軸方向に沿ってシフトさせ、その結果（６）光ディスクの記録面に焦点を結ぶことが可能となる。このような流れでフォーカスエラー信号を用いずに、あらかじめ予測値に基づいてフォーカス補正を行うことも可能となる。この場合はフォーカスサーボ系の部品、回路を削減することが可能となる。なお、ここでは第１レンズ９を光軸方向にシフトさせたが、第２レンズ１０を同様にシフトさせてもよい。
【００２３】
なお、上記で述べたビームエキスパンダ１１は、可動部とビームスプリッタとの間に配置したが、図７のように可動部内に配置してもよい。そうすると、対物レンズが搭載されたスライダーをシークさせても、常に平行化された光束がビームエキスパンダ１１に入射し、ビームエキスパンダ１１の入射面でケラレの変動を抑制できる。そのため、ＮＡの変動を抑制することが可能となる。
【００２４】
さらに、図１、図６及び図７において第１レンズ９と第２レンズ１０の組合せは、平凸レンズと平凹レンズの組合せにすると片側の面が平面なので、光ディスク装置の外形寸法からくる制約の中で、焦点距離を長くすることが可能である。その結果、組立て時の光軸方向ならびに光軸に対して垂直方向の誤差や、調整時の誤差に対してマージンをさらに確保することが可能となる。
【００２５】
ところで半導体レーザの発振波長は、温度によりシフトするので、それに伴い対物レンズ４の屈折率も変化する。波長がシフトするとフォーカス位置がぼけてしまい、波面収差が悪化するので光ディスクへの記録再生が困難になる。そこで第１レンズ９、第２レンズ１０に分散特性の異なる２種類のレンズを用いる。例えば上記で述べた平凸レンズと平凹レンズを組み合わせるのも一例である。平凸レンズを用いた場合、波長が短くなると集光が早くなるが、平凹レンズを組み合わせることによって発散を早くすることが可能となり、互いに所定外の色をキャンセルすることによって色消しを行うことが可能となる。また、レンズ表面に回折格子を形成することによって、波長のシフトによるフォーカス位置ずれを補正することも可能となり、色消しを行うことも可能である。今までの説明では第１レンズ９、第２レンズ１０の２枚のレンズを用いてきたが、レンズの枚数を増やしても、複数枚のレンズを相対的に変位させることによってトラッキング制御、フォーカス制御を行うことが可能であり、複数枚のレンズを光軸方向に変位させた場合は波面収差も抑えることも可能である。
【００２６】
図８に本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図（その３）を示す。図８に示すようにビームエキスパンダは用いず、コリメートレンズ２からの出射光を収束光にする。光ディスク７の回転方式がＣＡＶ、ＺＣＡＶ方式の場合、アウタよりもインナの方で浮上量が小さくなる。例えば、インナでスライダ５が浮上している場合、スライダ５に搭載された対物レンズ４に入射する波面の曲率は、アウタでスライダ５が浮上している場合よりも大きい必要がある。すなわちコリメートレンズ２からの出射光を収束光にする必要がある。このときの収束光の度合いであるが、インナとアウタで浮上量が異なることを加味してコリメートレンズからの収束光の波面の曲率度合いとうまく合うように収束光を最適化すればよい。例えばコリメートレンズ２と対物レンズ４との距離をインナで９１ｍｍ、アウタで５１ｍｍとし、コリメートレンズ２からは焦点距離が２５０ｍｍ先の収束光を出射させたとき波面収差は下記の通りとなった。
インナ      ０．０１５λ（ｒｍｓ）
センタ      ０．００６λ（ｒｍｓ）
アウタ      ０．０２８λ（ｒｍｓ）
【００２７】
上記の結果より、ビームエキスパンダを使用しないでフォーカス補正しなくても、収束光を入射させることによって、浮上変動からくるデフォーカス成分が自動的に補正される。この方法を用いると光ディスク表面の保護膜厚みむらに起因する収差を抑えることも可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば対物レンズを搭載したスライダを用い、例え、光ディスクの回転制御方式がＣＡＶ、ＺＣＡＶであっても、スライダをシークさせたとき対物レンズで絞られた収束光は、ビームエキスパンダを用いた光学系で常に光ディスクの記録面に焦点を結ばせることができる。そのため良好な波面収差が得られる。
【００２９】
また、シーク時にビームエキスパンダにより、対物レンズで発生するケラレによって発生する光量変動も抑えることが可能となり、温度による保護膜厚の変動及びインナからアウタにかけての膜厚の厚みむらによって発生する波面収差もビームエキスパンダにより抑えることが可能となる。そのため、良好な記録再生が得られる。
【００３０】
さらに本発明では、ビームエキスパンダを用いずに、コリメートレンズからの出射光を収束光にすることによって、インナ、アウタの浮上変動からくるデフォーカス成分が自動的に補正され良好な記録再生が可能となる。そしてフォーカス制御だけでなく、トラッキング制御可能となる。よって高ＮＡ光学系で光ディスクの記録密度を高くすることのみならず、高速アクセス、高速転送が可能な光ディスク装置用光学ヘッドを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図２】フォーカス点のシフト量と第１レンズのシフト量及び波面収差との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図４】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図５】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図６】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図７】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図８】本発明の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【図９】従来の光ディスク装置用光学ヘッドの概略図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  コリメートレンズ
３  ビームスプリッタ
４  対物レンズ
５  スライダ
６  光ディスクの記録面
７  光ディスク
８  スピンドル回転軸
９  第１レンズ
１０  第２レンズ
１１  ビームエキスパンダ
１２  立上げミラー
１３  ガルバノミラー
１４  可動部
１５  光量検出器
１６  光量検出回路
１７  半導体レーザ駆動回路
１８  シーク位置検出回路・駆動回路
１９  温度・膜厚検出回路
２０  温度・膜厚センサー
２１  シフト量演算回路
２２  第１レンズ駆動回路
【図１】
0004441101.tif 000002
【図２】
0004441101.tif 000003
【図３】
0004441101.tif 000004
【図４】
0004441101.tif 000005
【図５】
0004441101.tif 000006
【図６】
0004441101.tif 000007
【図７】
0004441101.tif 000008
【図８】
0004441101.tif 000009
【図９】
0004441101.tif 000010