JPH10255290A

JPH10255290A - 光学ピックアップ用対物レンズ

Info

Publication number: JPH10255290A
Application number: JP5803197A
Authority: JP
Inventors: Fumisada Maeda; 史貞前田; Kenji Yamamoto; 健二山本; Yoshiaki Kato; 義明加藤; Shinichi Kai; 慎一甲斐; Akira Suzuki; 彰鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ポジションサーボのように複雑な構造を必要
とせず簡素な構造で第１のレンズと第２のレンズとの間
隔を一定に保ち十分なフォーカスサーボの安定性を有す
る２群レンズの提供を目的とする。【解決手段】２群レンズ１を、第２のレンズ３の外周
部３ａを嵌合して第２のレンズ３を保持するボビン８
と、ボビン８との間に空隙部９を設けて、第１のレンズ
２の第２の面５の外周部に配設されるヨーク１０と、ボ
ビン８の外周部に対して巻装されたコイル１１と、ヨー
ク１０に取り付けられ、且つコイル１１に離間されて配
設されているマグネット１２と、ボビン８とヨーク１０
とを機械的に連結しているバネ１３と、空隙部９に封入
されている粘性流体１４と、第２のレンズ３の第４の面
７の外周部に配設された保護材１５とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１のレンズと第
２のレンズとからなる２群レンズに適用された光学ピッ
クアップ用対物レンズに関して、詳しくは、フォーカス
サーボ時などに第１のレンズと第２のレンズとの間の距
離が可変とされる光学ピックアップ用対物レンズに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、情報信号の記録媒体として、いわ
ゆる光ディスク、光磁気ディスク、或いは光カードの如
き種々の光学記録媒体が提案されている。そして、この
光学記録媒体上に光源よりの光を照射してこの光学記録
媒体の信号記録面に対する情報信号の書き込みや読み出
しを行う光学ピックアップが提案されている。

【０００３】上記光学ピックアップは、対物レンズの開
口数（ＮＡ）を大きくすることによって、光学記録媒体
の信号記録面上に光のビーム径を小さくして集光させる
ことができるため、光学記録媒体の情報記録密度を向上
させることができる。

【０００４】例えば、いわゆる単玉レンズでは、高開口
数を得ようとした場合、屈折パワーが必要になる。しか
し、屈折パワーを大きくすると、レンズ面の曲率が小さ
くなり、屈折面同士の位置決め精度が厳しくなる。この
ような理由から上記単玉レンズの開口数は、０．６程度
が限界であった。

【０００５】また、光学記録媒体である光学ディスクに
おいて、信号記録面を保護する基板の厚さが規定値から
ずれると、球面収差が大きく変化する。一方、球面収差
は、高次の項を無視すると上記開口数の４乗に比例す
る。そのため、対物レンズの開口数を増加させた場合、
ディスクの基板厚さの製造トレランスが狭くなってしま
う。

【０００６】２群レンズは、高開口数を可能にしなが
ら、ディスクの基板厚さの設計の許容範囲を広くさせる
ことができる。２群レンズは、図１１に示すように、半
導体レーザよりのレーザ光が入射される第１のレンズ１
０１と、第１のレンズ１０１を透過してきた上記レーザ
光が入射され、この入射されたレーザ光を対向する光学
ディスクに向けて出射する第２のレンズ１０２とから構
成されている。

【０００７】このように構成することで２群レンズ１０
０は、半導体レーザからのレーザ光を第１のレンズ１０
１及び第２のレンズ１０２を透過させて高開口数で光学
ディスクの信号記録面に集束させることができる。

【０００８】また、２群レンズ１００は、第１のレンズ
１０１と第２のレンズ１０２との間の距離を変化させ
て、基板厚みに誤差、例えば光学ディスクの半径方向に
基板厚み誤差が生じた光ディスクの信号記録面上にレー
ザ光を集光させている。さらに、第１のレンズ１０１と
第２のレンズ１０２との間の距離を可変にすることで、
２群レンズ１００は、基板厚さの異なった光学ディスク
に対しても使用可能になっている。

【０００９】そして、第１のレンズ１０１と第２のレン
ズ１０２との間の距離を可変可能にされた２群レンズ１
００は、通常の状態において第１のレンズ１０１と第２
のレンズ１０２との間の距離を一定に保つためのポジシ
ョンサーボを備えている。

【００１０】例えば２群レンズ１００は、情報信号の記
録又は再生対象となる光学ディスクに対応して第１のレ
ンズ１０１と第２のレンズ１０２との間の距離を適宜変
化させた後、上記ポジションサーボによって第１のレン
ズ１０１と第２のレンズ１０２との間隔が一定に保たれ
ている。このときポジションサーボによって、球面収差
が減少する方向、またフォーカスサーボが安定するよう
になされる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】したがって、２群レン
ズ１００には、ポジションサーボの制御のための回路を
付加する必要がある。また、２群レンズ１００におい
て、第１のレンズ１０１と第２のレンズ１０２との間の
距離を一定に保つポジションサーボの機械的構造は複雑
である。

【００１２】よって、２群レンズ１００は、第１のレン
ズ１０１と第２のレンズ１０２との間の距離を一定に保
つためにポジションサーボ及びその制御のための回路を
備ているため、高コストになり、さらに、重量も重くな
る。

【００１３】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みてな
されたものであり、第１のレンズと第２のレンズとから
なる２群レンズであって、基板厚み誤差或いは基板厚さ
の異なった光学ディスクに適用でき、且つポジションサ
ーボのように複雑な構造を必要とせず簡素な構造で第１
のレンズと第２のレンズとの間隔を球面収差が問題とな
らないレベルで一定に保ち、フォーカスサーボの安定性
を確保することができる光学ピックアップ用対物レンズ
の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学ピック
アップ用対物レンズは、上述の課題を解決するために、
空隙部を介して第１のレンズに対向させて第２のレンズ
を支持するとともに、第１のレンズと第２のレンズとの
間の距離を変化させる距離可変駆動手段を備えた２群レ
ンズによって構成する。そして、距離可変駆動手段の減
衰率を０．５以上に設定する。このように構成すること
で光学ピックアップ用対物レンズは、第１のレンズと第
２のレンズとの間の距離を一定に保ち、球面収差が問題
とならないレベルでフォーカスサーボの安定性を確保す
る。

【００１５】また、本発明に係る光学ピックアップ用対
物レンズは、上述の課題を解決するために、空隙部を介
して第１のレンズに対向させて第２のレンズを支持する
とともに、第１のレンズと第２のレンズとの間の距離を
変化させる距離可変駆動手段を備えた２群レンズによっ
て構成する。そして、距離可変駆動手段の１次共振周波
数を５ｋＨｚ以上に設定する。このように構成すること
で光学ピックアップ用対物レンズは、第１のレンズと第
２のレンズとの間の距離を一定に保ち、球面収差が問題
とならないレベルでフォーカスサーボの安定性を確保す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて詳しく説明する。

【００１７】先ず第１の実施の形態は、光学ピックアッ
プに組み込まれ、対向配設された光学ディスクの信号記
録面上に半導体レーザよりのレーザ光を集束させる光学
ピックアップ用対物レンズに適用して構成された２群レ
ンズである。

【００１８】上記２群レンズは、図１に示すように、第
１のレンズ２と、空隙部９を介して第１のレンズ２に対
向する第２のレンズ３とから構成される。そして、２群
レンズ１は、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の
距離を可変にする距離可変駆動部１６を備えている。な
お、距離可変駆動部１６の減衰率は、０．５以上であ
る。

【００１９】上記第１のレンズ２は、半導体レーザより
のレーザ光が入射される第１の面４と、第１の面４から
入射されたレーザ光を第２のレンズ３に向けて出射する
第２の面５とから構成される。また、第２のレンズ３
は、第１のレンズ２を透過してきたレーザ光が入射され
る第３の面６と、第３の面６から入射されたレーザ光を
対向される光学ディスクに向けて出射する第４の面７と
から構成される。

【００２０】上記第１のレンズ２と第２のレンズ３とで
構成された２群レンズ１は、例えば０．８以上の開口数
を発生させることができる。

【００２１】また、２群レンズ１は、上述の第１のレン
ズ２及び第２のレンズ３に加え、第２のレンズ３の外周
部３ａを嵌合して第２のレンズ３を保持する略筒状のボ
ビン８と、ボビン８との間に空隙部９を設けて、第１の
レンズ２の第２の面５の外周部に配設されるヨーク１０
と、ボビン８の外周部に対して巻装されたコイル１１
と、ヨーク１０に取り付けられ、且つコイル１１に離間
されて配設されているマグネット１２と、ボビン８とヨ
ーク１０とを機械的に連結しているバネ１３と、空隙部
９に封入されている粘性流体１４と、第２のレンズ３の
第４の面７の外周部に配設された保護材１５とから構成
される。

【００２２】上記ボビン８は、第２のレンズ３の外周部
３ａを嵌合して保持するレンズ支持部８ａと、レンズ支
持部８ａの外周部に一体にされ、コイル１１が巻装され
るコイル巻装部８ｂとから構成され、全体として略逆Ｌ
字形状をなしている。

【００２３】なお、ボビン８には、コイル巻装部８ｂの
端部に、レンズ保持部８ａに嵌合保持された第２のレン
ズ３の第４の面７よりも突出された保護材１５が配設さ
れている。保護材１５は、硬度の低い樹脂材料又は不織
布によって構成されている。この保護材１５は、万が
一、フォーカスサーボが外れたり、フォーカスサーチに
失敗したときに第１のレンズ２の第４の面７と光学ディ
スクが衝突して互いが傷付くのを防止している。

【００２４】上記コイル１１は、ボビン８のコイル巻装
部８ｂの外側面に対して巻装されている。後述するよう
に、このコイル１１に電流が印加されることで、対向配
置されているマグネット１２が発する磁界とでローレン
ツ力を発生させる。

【００２５】上記ヨーク１０は、コイル巻装部８ｂの内
側面より離間されて位置される内側壁部１０ａと、コイ
ル巻装部８ｂの外側面に対向されている外側壁部１０ｂ
と、ボビン８のコイル巻装部８ｂの端部との間に隙間を
設け、内側壁部１０ａと外側壁部１０ｂとに一体にされ
ている低面部１０ｃとから構成されている。このヨーク
１０は、例えば磁性材によって形成されている。

【００２６】上記ビン８とヨーク１０とは、互いが接す
ることなく配設される。そして、ヨーク１０の内方壁部
１０ａとボビン８のコイル巻装部８ｂとの間は、略５０
μｍ離間されており、この離間された部分が空隙部９と
なる。そして、この空隙部９には、上述したように粘性
流体１４が封入されている。なお、粘性流体１４には、
例えばシリコン系グリスを用いている。

【００２７】上記マグネット１２は、ボビン８のコイル
巻装部８ａに巻装されたコイル１１に対向して配設さ
れ、ヨーク１０の外側壁部１０ｂの内面に対して着磁さ
れている。このマグネット１２は、磁界を半径方向に発
生させている。バネ１３は、このヨーク１０の上下部に
それぞれ配設されている。

【００２８】上記バネ１３は、いわゆるアルキメデスバ
ネであって、ボビン８とヨーク１０を機械的に連結し
て、ヨーク１０に対してボビン８を弾性支持している。
また、バネ１３は、ボビン８を光軸方向にのみ移動可能
に支持している。

【００２９】そして、２群レンズ１において、ボビン
８、ヨーク１０、コイル１１、マグネット１２及びバネ
１３によって、いわゆるボイスコイルモータを構成し、
このボイコイルモータに設けられた空隙部９に粘性流体
１４を封入して距離可変駆動部１６を構成している。

【００３０】すなわち、２群レンズ１は、コイル１１と
マグネット１２との間で発生するローレンツ力によって
駆動される距離可変駆動部１６によって、第１のレンズ
２とこの第１のレンズ２に対してヨーク１１、バネ１３
及びボビン８を介して光軸方向に自由度を有して弾性的
に支持されている第２のレンズ３との間の距離を可変可
能にしている。

【００３１】なお、距離可変駆動部１６を備えた２群レ
ンズ１は、光学ピックアップ内において、半導体レーザ
発射するレーザ光の光軸及び光軸の垂直方向へ移動可能
に対物レンズ駆動アクチュエータによって支持されてい
る。

【００３２】そして、２群レンズ１は、距離可変駆動部
１６によって減衰率が０．５以上に設定されている。

【００３３】上記減衰率は、主に距離可変駆動部１６の
空隙部９に封入された粘性流体１４によって決定されて
いる。また、減衰率は、実際の減衰係数と臨界減衰係数
との関係、すなわち、減衰率＝（実際の減衰係数）／
（臨界減衰係数）で表され、詳細には、（１）式のよう
に示される。

【００３４】

【数１】

【００３５】ただし、ｃは実際の減衰係数、ｍは可動部
の重量、及びｋはバネ定数である。

【００３６】また、２群レンズ１は、距離可変駆動部１
６によって第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距
離を、図２に示すように、第２のレンズ３の第４の面７
に対向される光学ディスクの基板を介して信号記録面５
２上にレーザ光が集束するように、且つそのときの球面
収差が最小となるように設定されている。

【００３７】例えば、２群レンズ１は、信号記録面５２
を保護するカバーガラスとされる基板５１の厚み誤差に
よって発生する球面収差に対して逆極性の球面収差が発
生するように、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間
の距離Ｌ₁を調整している。

【００３８】なお、基板厚み誤差によって発生する球面
収差Ｗ₄₀は、高次の収差を無視した（２）式によって求
められる。ただし、ｎは基板の屈折率、Δｄは基板厚み
誤差である。

【００３９】

【数２】

【００４０】例えば、基板によって発生する球面収差が
図３（ａ）に示すような値の場合、２群レンズ１は、距
離可変駆動部１６によって第１のレンズ２と第２のレン
ズ３との間の距離Ｌ₁を調整して、図３（ｂ）に示すよ
うな逆極性の球面収差を発生させる。すると、図３
（ｃ）に示すように、２群レンズ１及び基板５１のそれ
ぞれの球面収差が互いに打ち消し合って、全体として球
面収差がほとんど生じなくなる。

【００４１】このように第１のレンズ２と第２のレンズ
３との間の距離が距離可変駆動部１６によって調整され
た２群レンズ１は、減衰率が０．５以上に設定されてい
るため、対物レンズ駆動アクチュエータが駆動された時
でも、従来のようにポジションサーボを備えることな
く、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距離Ｌ₁
を適切に保ち、フォーカスサーボの安定性を確保するこ
とができる。

【００４２】したがって、２群レンズ１は、ディスク面
振れがある状態でも、球面収差がほとんど生じていない
状態で安定したフォーカスサーボで維持することができ
る。

【００４３】例えば、２群レンズ１は、互換再生可能な
光学ディスクプレーヤに採用された場合には、基板厚さ
の異なる光学ディスクに対する情報信号の記録及び再生
時において有効に働く。

【００４４】すなわち、光学ディスクプレーヤに装着さ
れた光学ディスクに適用して第１のレンズ２と第２のレ
ンズ３との間の距離が適宜調整された２群レンズ１は、
記録及び再生時に対物レンズ駆動アクチュエータが駆動
されても、距離可変駆動部１６によって、第１のレンズ
２と第２のレンズ３との間の距離を一定に保つことがで
きる。

【００４５】さらに、光ディスクの半径方向の基板厚み
むらによって対物レンズ駆動アクチュエータが駆動され
ても、２群レンズ１は、距離可変駆動部１６によって、
第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距離を一定に
保つことができる。

【００４６】よって、２群レンズ１を備えた光学ディス
クプレーヤは、基板厚みむらのある光学ディスク或いは
基板厚さの異なる光学ディスクに対して情報信号を劣化
することなく記録及び再生することができる。

【００４７】また、２群レンズ１は、例えば外部からの
衝撃に対しても影響されることなく、距離可変駆動部１
６によって、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の
距離を一定に保つことができる。

【００４８】さらに、２群レンズ１は、距離可変駆動部
１６を簡素な部品によって構成しているために、従来の
ポジションサーボと同等な動作を安価に製造され、軽量
化された構造によって提供することができる。

【００４９】なお、２群レンズ１は、ボビン８とヨーク
１１とを摺動させて、その摩擦力によって減衰率を０．
５以上にすることもできる。

【００５０】次に上記２群レンズ１を光学ピックアップ
に適用し、その場合のフォーカスサーボのオープンルー
プ特性について説明する。

【００５１】２群レンズ１及びこの２群レンズ１を備え
る光学ピックアップは、図４に示すように、対物レンズ
駆動アクチュエータ２１及び距離可変駆動部１６をバネ
とダッシュポットとを用いてモデル化している。この
ようにモデル化することで、計算によって減衰率変化に
対するフォーカスサーボのオープンループ特性の変化等
について検討することができる。

【００５２】先ず２群レンズ１は、図４に示すように、
第１のレンズ２と、第２のレンズ３と、第１のレンズ２
と第２のレンズ３との間に配設される第２のバネ２２及
び第２のダッシュポット２３とから構成される。

【００５３】上記光学ピックアップ２０は、２群レンズ
１と、第１のバネ２４及び第２のダッシュポット２５か
らなる対物レンズ駆動アクチュエータ２１と、２群レン
ズ１に向けてレーザ光を発射する半導体レーザ２６と、
２群レンズ１と半導体レーザ２６との間に配設されるビ
ームスプリッタ２７及びコリメータレンズ２８と、光学
ディスク５０の信号記録面よりの反射光がビームスプリ
ッタ２７を介して入射される集光レンズ２９と、集光レ
ンズ２９によって集光された光を受光する光検出器３０
とから構成される。

【００５４】また、光学ピックアップ２０は、図示しな
いものの、光検出器によって得た信号をもとにフォーカ
スサーボを行うフォーカスサーボ信号検出回路を備えて
いる。上記フォーカスサーボ検出回路は、非点収差法
を適用し、フォ−カスエラ−信号を対物レンズ駆動アク
チュエ−タにフィ−ドバックさせている。このとき、フ
ォ−カスサ−ボと距離可変駆動部１６の制御との間に
は、位相的相関がないものとする。

【００５５】また、対物レンズ駆動アクチュエータ２１
及び２群レンズ１の距離可変駆動部１６の可動部の変位
を以下のような運動方程式によって求めている。

【００５６】対物レンズ駆動アクチュエータ２１に関し
て、運動方程式は、（３）式に示すようになる。ただ
し、ｋ₁は第１のバネ２４のバネ定数、ｃ₁は第１のダッ
シュポット２５の減衰係数、ｍ₁は対物レンズ駆動アク
チュエータ２１の可動部の重量である。

【００５７】

【数３】

【００５８】また、距離可変駆動部１６に関して、運動
方程式は、（４）式に示すようになる。ただし、ｃ₂は
第２のバネ２２のバネ係数、ｋ₂は第２のダッシュポッ
ト２３の減衰係数、ｍ₂を距離可変駆動部１６の可動部
の重量である。

【００５９】

【数４】

【００６０】なお、（３）式及び（４）式において、ｕ
₁及びｕ₂は、対物レンズ駆動アクチュエータ２１及び距
離可変駆動部１６の可動部の変位速度である。

【００６１】そして、（３）式及び（４）式をラプラス
変換することによって入力信号ｆ_１に対する第１のレン
ズ２及び第２のレンズ３の変位の伝達関数Ｔ_１及び伝達
関数Ｔ₂は、（５）式及び（６）式に示すようになる。

【００６２】

【数５】

【００６３】

【数６】

【００６４】一方、第１のレンズ２及び第２のレンズ３
の変位とフォーカスエラーレベルＸの間には、光学計算
から、（７）式に示すような線形和の関係が成り立つ。
ここで、α及びβは定数とする。

【００６５】

【数７】

【００６６】また、（５）式乃至（７）式から入力信号
ｆ₁に対するフォーカスエラーレベルＸの伝達関数Ｔ
₃は、（８）式に示すようになる。

【００６７】

【数８】

【００６８】以上の式に位相補償項を付加して、ｓ＝ｊ
ωと置くことによって、実際のフォーカスサーボのオー
プンループ特性を導き出している。

【００６９】なお、計算は表１に示す条件で行う。

【００７０】

【表１】

【００７１】以下に、光学ピックアップ２０のフォーカ
スサーボのオープンループ特性に関する結果を示す。

【００７２】まず、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）は、距離
可変駆動部１６の減衰率ξ₂が０．１のときの位相変化
を示している。

【００７３】図５（Ａ）は、距離可変駆動部１６への入
力電流に対する可動部変位の伝達関数を示している。こ
の図５（Ａ）において、横軸は距離可変駆動部１６の入
力周波数を示し、縦軸は距離可変駆動部１６の変位の振
幅又は位相を示す。

【００７４】この図５（Ａ）により、対物レンズ駆動ア
クチュエータ２１のカットオフ周波数である１ｋＨｚ〜
２ｋＨｚ付近において位相遅れが略８０°になることが
示される。

【００７５】また、図５（Ｂ）は、対物レンズ駆動アク
チュエータ２１へ入力電流を供給したときの距離可変駆
動部１６の可動部変位の伝達関数を示している。この図
５（Ｂ）において、横軸は対物レンズ駆動アクチュエー
タ２１の振動周波数を示し、縦軸は対物レンズ駆動アク
チュエータ２１の変位の振幅又は位相を示している。

【００７６】この図５（Ｂ）により、１ｋＨｚ〜２ｋＨ
ｚ付近において、位相が略３００°遅れることが示され
る。

【００７７】そして図５（Ｃ）は、上記図５（Ａ）の効
果と図５（Ｂ）の効果との関係によって得られるフォー
カスサーボのオープンループ特性を示している。光学ピ
ックアップ２０においてフォーカスサーボは対物レンズ
駆動アクチュエータ２１の振動周波数が２ｋＨｚ以上で
安定するがカットオフ周波数を６００Ｈｚ〜１．２ｋＨ
ｚに設定すると、位相余裕がなくサーボが不安定にな
る。

【００７８】次に距離可変駆動部１６の減衰率ξが１．
０以上のときのフォーカスサーボのオープンループ特性
に関する結果について説明する。

【００７９】図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）は、距離可変駆
動部１６の減衰率ξ₂が、例えば２．０のときの位相変
化の結果を示している。ここで、図６（Ａ）乃至図６
（Ｃ）は、上述の図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）と対比でき
るように、各図が図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）に対応して
いる。

【００８０】先ず図６（Ａ）では、例えば対物レンズ駆
動アクチュエータ２１のカットオフ周波数である１ｋＨ
ｚ〜２ｋＨｚ付近において位遅れが図５（Ａ）に比べて
４０°程度低減していることを示している。例えば図５
（Ａ）と比較した場合、図６（Ａ）は、減衰率ξ₂を増
加させたことによって、明らかに位相遅れが減少するこ
とを示している。

【００８１】さらに、図６（Ｂ）では、１ｋＨｚ〜２ｋ
Ｈｚ付近において位相遅れが２００°付近の値を示して
いる。例えば図５（Ｂ）と比較した場合、図６（Ｂ）
は、減衰率ξ₂を増加させたことによって、明らかに位
相遅れが低減することを示している。

【００８２】そして、図６（Ａ）の結果と図６（Ｂ）の
結果との関係から得られたフォーカスサーボのオープン
ループ特性を示す図６（Ｃ）では、１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ
付近において位相余裕が略５０°であり、且つ位相余裕
が１８０°以上遅れる点が１０ｋＨｚまで存在しないこ
とを示している。例えば図５（Ｃ）と比較した場合、図
６（Ｃ）は、減衰率ξ₂を増加させたことによって、明
らかに位相余裕が増加し、さらに１ｋＨｚ〜２ｋＨｚの
周波数領域において、位相余裕が実用上問題のないレベ
ルで一定な値を示している。

【００８３】以上の結果から、光学ピックアップ２０
は、減衰率ξ₂が０．５以上とされた距離可変駆動部１
６を有する２群レンズ１を備えることで、フォーカスサ
ーボのオープンループ特性の位相余裕の値が適切な値を
示すことから、フォーカスサーボを安定してかけられ
る。

【００８４】また、一例として、図７には、距離可変駆
動部１６の減衰率ξ₂と位相余裕との関係を示してい
る。この図７に示すように、位相余裕は、減衰率ξ₂と
共に増加することが示される。すなわち、２群レンズ１
の減衰率ξ₂を０．５以上にすることにより、安定した
フォーカスサーボを得ることができる。

【００８５】図８には、図１に示すような２群レン距離
可変手段を備えた２群レンズの図６（Ａ）に相当する粘
性流体を用いて減衰率を高めた実機における特性であ
る。

【００８６】図８に示すように、対物レンズ駆動アクチ
ュエータのカットオフ周波数である１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ
の領域において、位相遅れが上記計算値通りに１５０°
付近になっていることがわかる。よって、光学ピックア
ップは、図１のように構成された２群レンズ１を備える
ことで、フォーカスサーボを安定してかけることができ
る。

【００８７】次に第２の実施の形態について詳しく説明
する。この第２の実施の形態は、光学ピックアップに組
み込まれ、対向配設された光学ディスクの信号記録面上
に半導体レーザよりのレーザ光を集束させる光学ピック
アップ用対物レンズに適用して構成された２群レンズで
ある。

【００８８】上記２群レンズ１は、図１に示すように上
述の第１の実施の形態の２群レンズ１と同じく構成さ
れ、第１のレンズ２と、空隙部９を介して第１のレンズ
２に対向される第２のレンズ３とから構成される。そし
て、２群レンズ１は、第１のレンズ２と第２のレンズ３
との間の距離を可変にする距離可変駆動部１６を備えて
いる。なお、距離可変駆動部１６の１次共振周波数は、
５ｋＨｚ以上である。

【００８９】詳しくは、２群レンズ１は、第１の実施の
形態の説明において図１を用いて説明したように、第１
の面４と第２の面５とからなる第１のレンズ２と、第３
の面６と第３の面７とからなる第２のレンズ３と、第２
のレンズ３の外周部３ａを嵌合して第２のレンズ３を保
持する略筒状のボビン８と、ボビン８との間に空隙部９
を設けて、第１のレンズ２の第２の面５の外周部に配設
されるヨーク１０と、ボビン８の外周部に巻装されたコ
イル１１と、ヨーク１０に取り付けられ、且つコイル１
１に離間されて配設されているマグネット１２と、ボビ
ン８とヨーク１０を機械的に連結しているアルキメデス
バネとされるバネ１３と、第２のレンズ３の第４の面７
の外周部に配設された保護材１５とから構成される。

【００９０】なお、各部の形状等については、上述の第
１の実施の形態の説明している通りである。また、空隙
部９への粘性流体の封入は、２群レンズ１の１次共振周
波数の値の如何によって決定される。

【００９１】そして、２群レンズ１において、ボビン
８、ヨーク１０、コイル１１、マグネット１２及びバネ
１３によって、いわゆるボイスコイルモータを構成し、
このボイコイルモータに設けられた空隙部９に粘性流体
１４を封入して距離可変駆動部１６を構成している。

【００９２】すなわち、２群レンズ１は、コイル１１と
マグネット１２との間で発生するローレンツ力によって
駆動される距離可変駆動部１６によって、第１のレンズ
２とこの第１のレンズ２に対してヨーク１１、バネ１３
及びボビン８を介して光軸方向に自由度を有して弾性的
に支持されている第２のレンズ３との間の距離を可変可
能にしている。

【００９３】なお、距離可変駆動部１６を備えた２群レ
ンズ１は、光学ピックアップ内において、半導体レーザ
発射するレーザ光の光軸及び光軸の垂直方向へ移動可能
に対物レンズ駆動アクチュエータによって支持されてい
る。

【００９４】そして、２群レンズ１は、距離可変駆動部
１６によって１次共振周波数が５ｋＨｚ以上に設定され
ている。上記１次共振周波数は、主に距離可変駆動部１
６の備えるバネ１３及び可動部重量によって決定されて
いる。

【００９５】上記２群レンズ１は、距離可変駆動部１６
によって１次共振周波数が５ｋＨｚ以上に設定されるこ
とで、対物レンズ駆動アクチュエータが駆動された時に
おいても、従来のようにポジションサーボを備えること
なく、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距離Ｌ
₁を適切に保つことができる。

【００９６】例えば、２群レンズ１は、互換可能な光学
ディスクプレーヤに採用された場合には、基板厚さの異
なる光学ディスクに対する情報信号の記録及び再生時に
おいて有効に働く。

【００９７】すなわち、光学ディスクプレーヤに装着さ
れた光学ディスクに適用して第１のレンズ２と第２のレ
ンズ３との間の距離が適宜調整された２群レンズ１は、
記録及び再生時に対物レンズ駆動アクチュエータが駆動
されても、距離可変駆動部１６によって、第１のレンズ
２と第２のレンズ３との間の距離を一定に保つことがで
きる。

【００９８】さらに、光ディスクの半径方向の基板厚み
むらによって対物レンズ駆動アクチュエータが駆動され
ても、２群レンズ１は、距離可変駆動部１６によって、
第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距離を一定に
保つことができる。

【００９９】よって、２群レンズ１を備えた光学ディス
クプレーヤは、基板厚みむらのある光学ディスク或いは
基板厚さの異なる光学ディスクに対して情報信号を劣化
することなく記録及び再生することができる。

【０１００】さらに、２群レンズ１は、例えば外部から
の衝撃に対しても影響されることなく、距離可変駆動部
１６によって、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間
の距離を一定に保つことができる。

【０１０１】また、２群レンズ１は、距離可変駆動部１
６を簡素な部品によって構成しているために、従来のポ
ジションサーボと同等な動作を安価に製造され、軽量化
された構造によって提供することができる。

【０１０２】以上のように２群レンズ１は、１次振動周
波数を５ｋＨｚ以上にすることでフォーカスサーボ時に
おいても第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距離
を一定に保つことができ、これは、例えばフォーカスサ
ーボが適切にかけられる位相余裕の値が得られない減衰
率のときにも効果的に作用する。これについて２群レン
ズ１を光学ピックアップに適用し、そのとき得られるフ
ォーカスサーボのオープンループ特性を用いて説明す
る。

【０１０３】ここで、フォーカスサーボのオープンルー
プ特性は、第１の実施の形態と同様にモデル化された光
学ピックアップによって得ている。

【０１０４】すなわち、光学ピックアップのモデル化に
関する運動方程式、伝達関数及び計算条件は、上述の第
１の実施の形態と同様な式及び表１を用いる。ただし、
距離可変駆動部１６の１次共振周波数は５ｋＨｚとし、
減衰率ξ₂は０．１としている。

【０１０５】図９に、フォ−カスサ−ボのオ−プンル−
プ特性を示す。この図９において、横軸は対物レンズ駆
動アクチュエータ２１の振動周波数を示し、縦軸に対物
レンズ駆動アクチュエータ２１の変位にゲイン及び位相
特性を示す。

【０１０６】この図９により、対物レンズ駆動アクチュ
エータ２１のカットオフ周波数である１ｋＨｚ〜２ｋＨ
ｚ付近において、位相余裕が略５０°になることが示さ
れる。

【０１０７】これは、距離可変駆動部１６の１次共振周
波数を５ｋＨｚにすることで、フォーカスサーボに適切
でない位相余裕の値をフォーカスサーボのカットオフ周
波数よりも高い周波数領域にシフトさせた結果であり、
図９において、振動周波数の６ｋＨｚ以降でみられる位
相変化分がシフトによるものである。

【０１０８】よって、光学ピックアップ２０は、１次共
振周波数が５ｋＨｚ以上とされた距離可変駆動部１６を
有する２群レンズ１を備えることで、フォーカスサーボ
のオープンループ特性の位相余裕の値が適切な値を得る
ことができ、フォーカスサーボを安定してかけられる。

【０１０９】なお図１０には、距離可変駆動部１６の１
次共振周波数ｆ₀₂とゲイン余裕との関係を示している。

【０１１０】図１０において、１次共振周波数ｆ₀₂の増
加と共にゲイン余裕が増加する結果が示される。ゲイン
余裕があることは、制御系の安定を示すものであるか
ら、よって、２群レンズ１は、１次共振周波数ｆ₀₂を大
きな値、例えば５ｋＨｚ以上に設定した距離可変駆動部
１６を備えることで、安定してフォーカスサーボをかけ
ることができる。

【０１１１】

【発明の効果】本発明に係る光学ピックアップ用対物レ
ンズは、空隙部を介して第１のレンズに対向する第２の
レンズを支持する距離可変駆動手段を備え、その距離可
変駆動手段によって減衰率が０．５以上にされること
で、高開口数を可能にしながら、且つフォーカスサーボ
時等においても第１のレンズと第２のレンズとの間の距
離を一定に保つことができる。よって、上記光学ピック
アップ用対物レンズは、光学ピックアップにおいて安定
したフォーカスサーボを提供することができる。

【０１１２】さらに、上記光学ピックアップ用対物レン
ズは、ポジションサーボのように複雑な構造を必要とし
ないため、低コストで製造でき、重量を軽減することが
できる。

【０１１３】また、本発明に係る光学ピックアップ用対
物レンズは、空隙部を介して第１のレンズに対向する第
２のレンズを支持する距離可変駆動手段を備え、その距
離可変駆動手段によって１次共振周波数が５ｋＨｚ以上
されることで、高開口数を可能にしながら、フォーカス
サーボ時等においても第１のレンズと第２のレンズとの
間の距離を一定に保つことができる。よって、上記光学
ピックアップ用対物レンズは、光学ピックアップにおい
て安定したフォーカスサーボを提供することができる。

【０１１４】さらに、上記光学ピックアップ用対物レン
ズは、ポジションサーボのように複雑な構造を必要とし
ないため、低コストで製造でき、重量を軽減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明となる光学ピックアップ用対物レンズに
適用して構成され、第１の実施の形態とされる２群レン
ズの斜視断面図である。

【図２】上記２群レンズの第１のレンズと第２のレンズ
との間の距離の設定に関する説明に用いた構成図であ
る。

【図３】上記第１のレンズ及び上記第２のレンズとの間
の距離を調整されたときの球面収差を示す特性図であ
る。

【図４】モデル化された上記２群レンズ及び２群レンズ
を備える光学ピックアップを示す構成図である。

【図５】上記２群レンズの備える距離可変駆動部の減衰
率が０．１のときの位相変化を示す特性図である。

【図６】上記２群レンズの備える距離可変駆動部の減衰
率が２のときの位相変化を示す特性図である。

【図７】上記減衰率と位相余裕との関係を示す特性図で
ある。

【図８】実際の２群レンズ間の距離可変駆動部の位相変
化を示す特性図である。

【図９】第２の実施の形態となる２群レンズの備える距
離可変駆動部の１次共振周波数が５ｋＨｚのときの位相
余裕を示す特性図である。

【図１０】上記１次共振周波数と位相余裕との関係を示
す特性図である。

【図１１】従来の２群レンズを説明するのに用いた２群
レンズの構成図である。

【符号の説明】

１２群レンズ、２第１のレンズ、３第２のレン
ズ、９空隙部、１３バネ、１４粘性流体、１６距
離可変駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者甲斐慎一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)発明者鈴木彰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

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源よりの光が入射される第１のレンズ
と、情報記録媒体に対向する面を有する第２のレンズと
からなり、これら第１のレンズ及び第２のレンズが対物
レンズ駆動手段によって上記光の光軸及び光軸の垂直方
向に移動自在に支持された２群レンズにおいて、空隙部を介して上記第１のレンズに対向する上記第２の
レンズを支持するとともに、上記第１のレンズと上記第
２のレンズとの間の距離を変化させる距離可変駆動手段
を備え、上記距離可変駆動手段は減衰率が０．５以上であること
を特徴とする光学ピックアップ用対物レンズ。
【請求項２】上記減衰率は、１以上であることを特徴
とする請求項１記載の光学ピックアップ用対物レンズ。
【請求項３】上記空隙部に粘性流体を封入すること
で、上記減衰率を０．５以上にすることを特徴とする請
求項１記載の光学ピックアップ用対物レンズ。
【請求項４】上記距離可変駆動手段は、コイルに印加
される電流とマグネットとの間のローレンツ力によっ
て、上記第１のレンズと上記第２のレンズとの間の距離
を変化させることを特徴とする請求項１記載の光学ピッ
クアップ用対物レンズ。
【請求項５】光源よりの光が入射される第１のレンズ
と、情報記録媒体に対向する面を有する第２のレンズと
からなり、これら第１のレンズ及び第２のレンズが対物
レンズ駆動手段によって上記光の光軸及び光軸の垂直方
向に移動自在に支持された２群レンズにおいて、弾性体を介して上記第１のレンズに対向する上記第２の
レンズを支持するとともに、上記第１のレンズと上記第
２のレンズとの間の距離を変化させる距離可変駆動手段
を備え、上記距離可変駆動手段による駆動系の１次共振周波数が
５ｋＨｚ以上であることを特徴とする光学ピックアップ
用対物レンズ。
【請求項６】上記距離可変駆動手段は、コイルに印加
される電流とマグネットと間のローレンツ力によって、
上記第１のレンズと上記第２のレンズとの間の距離を変
化させることを特徴とする請求項５記載の光学ピックア
ップ用対物レンズ。