(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリッジに対してバネを介して支持され、フォーカス方向とトラック方向に駆動変位可能な二次元アクチュエータと、この二次元アクチュエータに保持される少なくとも１枚のレンズからなる第２レンズと、二次元アクチュエータに対して支持され、かつ回転する光ディスクに対してエアベアリングを介して浮上させられるスライダと、このスライダに保持される少なくとも１枚のレンズからなる第１レンズとを備え、レーザ光を上記第１レンズと第２レンズを含む対物レンズ系によって集光し、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のレンズアクチュエータであって、
上記スライダは、フォーカス方向に所定のバネ定数をもつとともに、光ディスクの傾きに対して自由度をもつ支持部材を介して上記二次元アクチュエータに対して支持されており、
上記二次元アクチュエータのフォーカス方向駆動電流を制御することにより、上記スライダの上記光ディスクに向けた負荷荷重を調整するように構成されていることを特徴とする、レンズアクチュエータ。
【請求項２】
フォーカスエラー信号をフィードバック信号として用いて上記二次元アクチュエータのフォーカス方向駆動電流を制御することにより、上記スライダの上記光ディスクに向けた負荷荷重を調整する、請求項１に記載のレンズアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本願発明は、レンズアクチュエータに関し、より詳しくは、光ディスク装置用光学ヘッドのレンズアクチュエータに関する。なお、本明細書において光ディスク装置の意味中には、光ディスクの読み取り専用の装置のみならず、磁界変調方式や光パルス変調方式によって光磁気ディスクに読み書き可能な光磁気ディスク装置をも含む。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置はコンピュータ用の大容量外部記憶装置等として幅広く用いられており、今後のマルチメディア時代の本格到来に向け、さらに記録密度の高密度化が求められている。光ディスク装置における記録再生の高密度化のために光学ヘッドが対処しうる方策として、レーザビームのビームスポット径を小さくすることが考えられる。このビームスポット径は、レーザ光源の波長をλ、ヘッドの対物レンズの開口数をＮＡとすると、λ／ＮＡに比例する。したがって、ビームスポット径を小さくするための方策としては、半導体レーザの短波長化と、ヘッドの対物レンズの高ＮＡ化とが考えられる。
【０００３】
ところで、半導体レーザの短波長化、すなわち、青色系の半導体レーザは、価格面、出力効率面、温度安定性などの面においていまだ課題が多く、現時点において実用化は困難である。
【０００４】
ヘッドの対物レンズの高ＮＡ化については、これを一つの対物レンズで実現しようとすると、レンズの曲率半径が小さくなり、レンズ成形時に発生するレンズ表面の曲率や寸法のマージンが厳しくなり、適正なレンズ製作が困難となるとともに、レンズの面内間（入射面と出射面との間）のチルトや偏心、レンズそのもののチルトや偏心、あるいはディスクのチルトに起因するコマ収差（ＮＡの３乗に比例）やディスクの厚みむらに起因する球面収差（ＮＡの４乗に比例）が増大し、ディスクへの記録再生が事実上困難となってしまうという問題が生じる。
【０００５】
このような問題を解決するために提案されたものとして、たとえば、特開平８−２２１７９０号公報に開示された光学ピックアップ装置がある。同公報に示された光学ピックアップ装置は、図１１に示すように、対物レンズを比較的ＮＡの小さい第１の対物レンズｌ１と第２の対物レンズｌ２とに分け、第２の対物レンズｌ２を鏡筒ｍに保持させるとともに、第１の対物レンズｌ１を弾性部材ｂを介して鏡筒ｍに支持させたスライダｓに保持させて構成されている。ディスク駆動状態においてスライダｓはディスクｄ表面に摺接するか、または空気膜（エアベアリング）を介してディスク表面から浮上する。
【０００６】
上記構成の光学ピックアップ装置によれば、対物レンズとして、鏡筒ｍに保持される第２の対物レンズｌ２と、スライダｓに保持される第１の対物レンズｌ１との、ＮＡの比較的小さい２個のレンズを組合せているという限りにおいて、対物レンズとしての総合的なＮＡが高まり、基本的に記録密度の高密度化に対応することができるし、１つの対物レンズを用いる場合の各レンズ表面の曲率半径の小径化に起因する問題が抑制される。そうして、上記特開平８−２２１７９０号公報中の記載によれば、スライダｓがディスク表面に倣うため、波面収差を抑制することができるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
スライダがディスクに摺接する場合には、スライダがディスクにほぼ完全に倣うため、波面収差を抑制することが可能であろうが、この場合には、ディスクに傷がついてしまうという問題が生じる。したがって、スライダは、ディスク表面に対して浮上させることが、ディスク表面の保護、あるいはスライダの強度保持の観点から望ましい。しかしながら、スライダをディスクからエアベアリングを介して浮上させる場合には、次の問題が生じることが考えられる。
【０００８】
上記公報で提案された光学ヘッドのように対物レンズを第１の対物レンズｌ１と第２の対物レンズｌ２とに分ける場合に波面収差が小さく抑制されるのは、スライダがディスクに倣って姿勢を変え、このスライダに保持される第１の対物レンズのディスクに対する距離および傾斜（チルト）の変動量が小さくなると仮定した場合に限られる。回転するディスクとの間を流れる空気流によって形成されるエアベアリングを介してスライダを浮上させる場合には、実際上、温度、ディスクとスライダとの相対速度（トラック方向の位置によって異なる）、スライダに与える弾性荷重、ディスクやスライダの加工誤差等、様々な要因により、スライダのディスクに対する浮上量およびチルト量が変動してしまう。高密度記録再生を目指し、かつ対物レンズを高ＮＡ化した光学ヘッドを考慮した場合、その変動量の許容値はきわめて小さい。したがって、単に対物レンズを第１の対物レンズと第２の対物レンズとに分け、第１の対物レンズをスライダに保持させてこのスライダをディスクに倣わせようとしただけでは、上記のように種々の要因によって生じるスライダのディスクに対する浮上量およびチルト量の変動に起因して、データの記録再生特性の悪化を招くことになる。
【０００９】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ディスク装置の作動状態においてディスクに対して浮上するスライダに保持させるレンズと、その他のレンズとによって光学ヘッドの対物レンズの高ＮＡ化を図る場合において、スライダに保持させるレンズのディスクに対する浮上量および／またはチルト量の変動を適切に抑制することをその課題としている。
【００１０】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
すなわち、本願発明によって提供される光ディスク装置用光学ヘッドのレンズアクチュエータは、キャリッジに対してバネを介して支持され、フォーカス方向とトラック方向に駆動変位可能な二次元アクチュエータと、この二次元アクチュエータに保持される少なくとも１枚のレンズからなる第２レンズと、二次元アクチュエータに対して支持され、かつ回転する光ディスクに対してエアベアリングを介して浮上させられるスライダと、このスライダに保持される少なくとも１枚のレンズからなる第１レンズとを備え、レーザ光を上記第１レンズと第２レンズを含む対物レンズ系によって集光し、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のレンズアクチュエータであって、
上記スライダは、フォーカス方向に所定のバネ定数をもつとともに、光ディスクの傾きに対して自由度をもつ支持部材を介して上記二次元アクチュエータに対して支持されており、上記二次元アクチュエータのフォーカス方向駆動電流を制御することにより、上記スライダの上記光ディスクに向けた負荷荷重を調整するように構成されていることを特徴としている。
【００１２】
本願発明に係る光学ヘッドのレンズアクチュエータもまた、基本的に、複数枚のレンズによって対物レンズとしての総合的な高ＮＡ化を図っているため、記録再生密度を高めることが可能である。そして、複数のレンズのうち、ディスクに近い少なくとも１枚のレンズからなる第１レンズを、ディスク表面からエアベアリングを介して浮上させることが予定されたスライダに保持させている。このスライダは、基本的にはディスクの表面のチルトに倣うため、波面収差を抑制することができる。
【００１３】
ディスクの厚みむらや湾曲に起因して、回転中のディスク表面の厚み方向のぶれ、あるいはチルトは、ダイナミックに変動する。したがって、スライダは、上記のようなディスク表面のダイナミックな変動に追従して、ディスク表面に対する浮上量およびチルト量があまり変動しないようにディスクに向けての負荷荷重を制御する必要がある。本願発明では、スライダは、所定のバネ剛性を有する支持部材を介してフォーカス方向とトラック方向に駆動変位可能な二次元アクチュエータに支持させているから、この二次元アクチュエータをフォーカス方向に駆動変位させてスライダのディスクに向けての負荷荷重をダイナミックに調整することができる。これには、基本的に、第１のレンズを保持するスライダのディスク記録面からの位置を反映するフォーカスエラー信号を用い、これをフィードバック信号として用いて二次元アクチュエータのフォーカス方向の駆動電流を制御すればよい。こうして、スライダのディスクに対する負荷荷重を制御することによって浮上量の変動が抑制されれば、本願発明においては、スライダを二次元アクチュエータに支持する支持部材は、フォーカス方向には所定のバネ定数をもつがディスクのチルトに対しては自由度をもたせているので、ディスクに対するスライダのチルト量の変動も自動的に抑制される。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、フォーカスエラー信号をフィードバック信号として用いて上記二次元アクチュエータのフォーカス方向駆動電流を制御することにより、上記スライダの上記光ディスクに向けた負荷荷重を調整する。上記のようにスライダのディスクに対する負荷荷重を調整するべくフォーカスエラー信号をフィードバック信号として用いてアクチュエータのフォーカス方向駆動電流を制御する場合、これをディスク表面の変動にダイナミックに追従して行うには、好ましくは、二次元アクチュエータに対してスライダを支持する支持部材の共振周波数を、キャリッジに対して二次元アクチュエータを支持するバネの共振周波数よりも高く、スライダと光ディスクとの間に形成されるエアベアリングの共振周波数よりも低く設定するべきことが発明者らの検討によって判明しているが、このことについてはさらに後述する。
【００１８】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【００１９】
【好ましい実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１および図２は、本願発明に係る光ディスク装置用光学ヘッドのレンズアクチュエータ１０の一例を示している。このレンズアクチュエータ１０は、トラック方向（Ｘ方向）に移動可能なキャリッジ２０上に搭載される。キャリッジ２０は、ガイド部材２１によってトラック方向に移動可能に支持されており、たとえば、直進型ボイスコイルモータなどの直進駆動機構によって適宜トラック方向に駆動される。キャリッジ２０には、上記トラック方向とフォーカス方向（Ｚ方向）とに駆動変位可能な二次元アクチュエータ３０が支持され、かつこのアクチュエータ３０には、後述するスライダ５０に支持されるレンズ４１と協働して対物レンズを構成するレンズ４２が保持される。以下において、このようにアクチュエータ３０に支持されるレンズを便宜上第２レンズ４２、後述するスライダ５０に支持されるレンズを便宜上第１レンズ４１という。図に示す実施形態において第２レンズ４２は１枚のレンズからなっているが、複数のレンズを組み合わせて構成してもよい。なお、図１中、符号ＭはＸ方向から照射されるレーザ光をＺ方向に立ち上げる立上げミラーを、符号Ｈは浮上型磁気ヘッドを、それぞれ示す。
【００２１】
アクチュエータ３０は、より詳しくは、キャリッジ２０上の支持部材２０ａから略水平に延出する４本のバネ８ａによって、フォーカス方向（Ｚ方向）およびトラック方向（Ｘ方向）に弾性変位可能に支持されている。ただし、４本のバネ８ａ、支持部材２０ａおよびキャリッジ２０がフォーカス方向とトラック方向の双方について平行四辺形パンタグラフリンクに似た構成となるために、アクチュエータ３０は、フォーカス方向およびトラック方向に変位はしても、姿勢はあまり変化しない。このアクチュエータ３０にはまた、キャリッジ２０上の磁気回路の磁場中に位置するようにフォーカスコイル３５とトラックコイル３６が装備されており、フォーカスコイル３５とトラックコイル３６に電流を駆動することにより、フレミングの法則にしたがって、フォーカス方向とトラック方向の二次元方向に駆動可能である。
【００２２】
上記アクチュエータ３０には、フォーカス方向の所定のバネ定数をもつ支持部材２３を介してスライダ５０が支持される。本実施形態では、この支持部材２３は、くの字型に折り曲げられた板バネ２３ａを具備して形成されている。また、この実施形態では、上記板バネ２３ａの先端部とスライダ５０との連結部に図４に示すようなジンバルバネ８９が用いられており、板バネ２３ａに対してスライダ５０の傾き姿勢が自由に変化しうるように構成されている。このジンバルバネ８９は、枠部８９ａと、この枠部８９ａの内側に細状連結部８９ｂを介して配置された中央連結部８９ｃとを有しており、全体として薄板状の弾性部材を打ち抜いて形成されたものである。枠部８９ａに対して中央連結部８９ｃは、平面方向の外力に対してはある程度の剛性を有するが、傾斜させようとする外力に対しては比較的弱い。したがって、たとえば、枠部８９ａを板バネ２３ａの先端に固定し、中央連結部８９ｃをスライダ５０の底面適部に固定すれば、このスライダ５０は、ジンバルバネ８９上に設定されるピボット点Ｐを中心として、全方向にほぼ自由に傾動しうる。したがって、スライダ５０は、フォーカス方向に所定のバネ定数をもちつつ、かつ、自由度をもって傾動しうるように二次元アクチュエータ３０に支持されることになる。
【００２３】
なお、スライダ５０を二次元アクチュエータ３０に対して支持するための具体的構成としては、図４に示す形態に限定されるものではなく、要は、前述したように、アクチュエータ３０に対してフォーカス方向に所定のバネ定数をもち、かつ、自由度をもって傾動しうるようになっておればよく、たとえば、図５に示すように、渦巻き状に形成された複数本のバネ２３Ａによってスライダ５０を支持することによっても、スライダ５０の支持について本願発明が求める要件を満足することができる。また、図１および図２に示した本実施形態では、支持部材２３が片持ち状であるが、図６に示すように両持ち状としてもよく、このようにすれば、両持ち状の支持部材２３，２３が弾性変形した場合のスライダの平面方向の変位が少なくなり、安定性が高まる。
【００２４】
上記スライダ５０には、二次元アクチュエータ３０に保持させた第２レンズ４２と同一の光軸をもつようにして、第１レンズ４１が保持される。本実施形態ではこの第１レンズは１枚のレンズによって構成しているが、複数枚のレンズを組み合わせて構成してもよいことは、第２レンズ４２の場合と同様である。このように本願発明に係る光学ヘッド１０においては、二次元アクチュエータ３０に保持される第２レンズ４２とスライダ５０に保持される第１レンズ４１とによってレーザ光源から発せられるレーザ光を光ディスクＤの記録面に集光させる対物レンズとして機能させていることから、各レンズ４１，４２のＮＡが小さくとも、総合的なＮＡを大きくすることができ、基本的には高密度の記録再生が可能となる。
【００２５】
図示しない半導体レーザ光源から発せられた光は、図７に示すように、第２レンズ４２および第１レンズ４１によって光ディスクＤの記録面に集光され、同じ経路で戻されるが、この戻り光は、ビームスプリッタで分離されてサーボレンズを介して検出器９０に導入される。この検出器９０によってフォーカスエラー信号、すなわち、上記のように第２レンズ４２と第１レンズ４１とによって集光されるビームスポットが光ディスクＤの記録面上にあるか、光ディスクＤの厚み方向にずれているかを示す信号が得られる。二次元アクチュエータ３０によるフォーカス制御、すなわち、ビームスポットを光ディスクＤの記録面上に一致させようとする制御は、上記フォーカスエラー信号をフィードバック信号としてサーボ回路９１に入力し、これによってフォーカスコイル用の駆動回路９２を制御するという、従前のフォーカスサーボ制御の手法を採用することができる。
【００２６】
ところで、光ディスクＤの回転中においては、図３によく表れているように、スライダ５０は、ディスク表面との間を流れる空気流によるエアベアリング９３によって、ディスク表面から浮上させられる。このエアベアリング９３は、圧縮性流体バネとして機能する。したがって、キャリッジ２０に対して４本のバネ８ａによって二次元アクチュエータ３０が支持され、この二次元アクチュエータ３０に対してフォーカス方向のバネ定数をもった支持部材２３を介してスライダ５０が支持され、かつスライダ５０と光ディスクＤとの間に圧縮性流体バネとしてのエアベアリング９３が形成される系は、図８のように模式化して表すことができる。ここで、アクチュエータ３０をキャリッジ２０に支持する複数のバネ８ａのバネ定数をｋ１、アクチュエータ３０の質量をｍ１、スライダ５０をアクチュエータ３０に支持する支持部材２３（バネ８ｂ）のバネ定数をｋ２、スライダ５０の質量をｍ２、エアベアリング９３（バネ８ｃ）のバネ定数をｋ３とし、バネ８ａの共振周波数ｆ１、バネ８ｂの共振周波数ｆ２、バネ８ｃの共振周波数ｆ３をそれぞれ数１、２、３のように定義すると、回転中の光ディスクＤのダイナミックな面振れの変動に対してスライダ５０がフォーカス方向に追従するには、アクチュエータ３０の支持バネ８ａの共振周波数ｆ１は光ディスクＤの回転周波数付近に設定し、エアベアリング９３（バネ８ｃ）の共振周波数ｆ３は低域での追従特性を満足するように、高く設定する必要がある。
【００２７】
【数１】
0003895471.tif 000002
【００２８】
【数２】
0003895471.tif 000003
【００２９】
【数３】
0003895471.tif 000004
【００３０】
ところで、光ディスク表面に対するスライダ５０の浮上量は、温度、ディスクの周速、スライダ５０に与える光ディスクＤに向けた負荷荷重、スライダ５０やこれを支持する支持部材の加工誤差等によって変動する。スライダ５０の浮上量の変動の抑制は、スライダ５０に与える光ディスクＤに向けての負荷荷重を調整することによって可能である。本願発明においては、二次元アクチュエータ３０にスライダ５０を支持させているので、アクチュエータ３０のフォーカス電流を調整することにより、スライダ５０に付与する荷重を調整することができ、スライダ５０の浮上量の変動を抑制することができる。そして、スライダ５０の浮上量の変動は、第１レンズ４１と光ディスクＤの記録面との距離の変動としてフォーカスエラー信号にオフセットとして含まれるので、上述したように、フォーカスエラー信号をそのままフィードバック信号として用いる従前のフォーカスサーボ制御を行うことにより、スライダ５０の浮上量変動を抑制するためにスライダに与える負荷荷重を自動的に制御することができる。
【００３１】
本願の発明者らは、上記のようにしてスライダ５０の浮上量変動を抑制するためにスライダ５０に与える負荷荷重を制御するにあたり、次に示すように、スライダ５０をアクチュエータ３０に支持するバネ８ｂの共振周波数ｆ２を、エアベアリング９３の共振周波数ｆ３より小であって、アクチュエータ３０の支持バネ８ａの共振周波数ｆ１よりも大とすることが、すなわち、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３とすることが、結果的に波面収差を抑制する上で好適であることを見いだした。
【００３２】
図９は、アクチュエータの支持バネ８ａの共振周波数ｆ１を３０Ｈｚ、アクチュエータに対してスライダを支持する支持部材２３（バネ８ｂ）の共振周波数ｆ２を２００Ｈｚ、エアベアリング９３（バネ８ｃ）の共振周波数ｆ３を１．６ｋＨｚ、サーボ帯域を３．５Ｈｚに設定した場合のフォーカスサーボＯｐｅｎ−ｌｏｏｐ特性の計算例を示している。この場合、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３となっている。同図から判るように、通常のフォーカスサーボＯｐｅｎ−ｌｏｏｐ特性と比較すると、１．６ｋＨｚ付近に若干の共振がみられるが、十分にフォーカスサーボをかけることができる特性を示している。
【００３３】
一方、図１０は、ｆ１を３０Ｈｚ、ｆ２を２ｋＨｚ、ｆ３を１．６ｋＨｚに設定した場合のフォーカスサーボＯｐｅｎ−ｌｏｏｐ特性の計算例を示している。同図から判るように、サーボ帯域付近で位相が大きくまわっており、フォーカスサーボをかけることが困難である。
【００３４】
また、ｆ２がｆ１よりも小さいと、アクチュエータによるフォーカス方向の駆動力による適正な荷重を効果的にスライダ５０に伝達することができず、したがって、この場合、スライダ５０に与える負荷荷重を調整してスライダ５０の浮上量変動を抑制するという目的を達成することができない。
【００３５】
このように、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３とすることによって、図３に示す構成において、アクチュエータ３０によってフォーカスサーボをかけることにより、ディスクの面振れにダイナミックに追従して、スライダ５０の浮上量の変動を抑制することができる。そして、スライダは、自由度をもって傾動しうるように支持部材に支持されているから、ディスクのチルトに追従して傾斜することができる。このことは、ディスクに対するチルト量の変動をも抑制されることを意味する。
【００３６】
なお、トラッキング制御は、光ディスク装置で通常行われている方式で行えば良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係る光ディスク装置用光学ヘッドによれば、浮上スライダに保持されてディスク近くに位置する第１レンズと、二次元アクチュエータに保持される第１レンズとを用いて総合的な高ＮＡ化を図りながらも、スライダの浮上量の変動を簡単な制御によって抑制することができるのであり、これにより、データ記録再生特性の劣化を招くことなく、光ディスク装置の記録再生の高密度化を進めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る光ディスク装置用光学ヘッドのレンズアクチュエータの一例を示す要部斜視図である。
【図２】図１に示すレンズアクチュエータの要部拡大斜視図である。
【図３】図１に示すレンズアクチュエータの動作状態を示す説明図である。
【図４】図１に示すレンズアクチュエータのスライダ支持構造の一例を示す要部分解斜視図である。
【図５】スライダ支持構造の他の例を示す斜視図である。
【図６】スライダ支持構造の他の例を示す側面図である。
【図７】レンズアクチュエータにおけるフォーカス方向駆動電流の制御方法を示す説明図である。
【図８】図１に示すレンズアクチュエータのバネ系を模式的に示した説明図である。
【図９】本願発明におけるフォーカスサーボＯｐｅｎ−ｌｏｏｐ特性の一例を示す図である。
【図１０】フォーカスサーボＯｐｅｎ−ｌｏｏｐ特性の対比例を示す図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【符号の説明】
８ａ  支持バネ
１０  レンズアクチュエータ
２０  キャリッジ
２３  支持部材
３０  アクチュエータ
４１  第１レンズ
４２  第２レンズ
５０  スライダ
９３  エアベアリング
Ｄ  光ディスク
【図１】
0003895471.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003895471.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
0003895471.tif 000015