JPS60239943A - 光学ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野・ 本発明は、回転するディスク状記録担体」二に。

集光レンズによってレーザ光を集光し、情報を記録し、
記録された情報を読み出し、又、記録された情報を消去
することができ、ディスクの任意の位置への記録や再生
のアクセス、即ち、ランダムアクセスを高速で行なうこ
とのできる光学ヘッドに関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、ディスク上の任意の位置へのランダムアクセスを
高速に行なう光学ヘッドが重要視されてきている。

以下高速アクセスを行なうだめの条件について説明する
。

光学ヘッドを高速アクセス可能とするだめの満たすべき
条件には２次の２点がある。第１点は。

光学ヘッドをディスクの半径方向に動かす速度が早いこ
と、第２点は、トラッキングサーボが安定であることで
あり、その理由を以下に示す。

アクセスを高速で行なう場合は、一般的にはアクセスを
粗アクセスと密アクセスの２つのプロ七スで行なう。

相アクセスというのは、希望するディスク上のアドレス
位置の、おおよその半径位置に光学−＼ソドを移動させ
ることである。おおよその半径位置は、例えば、リニア
ポテンショメータヲ光学ヘッドに取り付け、この電圧か
ら読み取る。移動前の半径位置と目標アドレストラック
の半径位置との距離をＸとすると、粗アクセスを最も早
く行なうためには、ｘ／２の位置まで光学−＼ソドを最
大加速度で加速し−ｘ／２からＸの位置までは最大加速
度で減速する。この粗アクセスだけで目標トラックまで
到達できるならば、理想的であり、磁気ディスク等では
、このような粗アクセスだけでアクセスｊｄ完了する。

しかし、磁気ディスクでは、トランク巾が数十μｍから
百μｍ程度であるが、光ディスクではトラック巾が１．
６μｍ程度と狭いため。

粗アクセスだけで目標アドレストランクに到達するのは
極めて困難である。そこで、粗アクセスで到達したトラ
ックのアドレスを読取り、このアドレストランクから目
標アドレストランク寸で、ジャンピングパルスによって
光スポットをジャンプさせる。これを密アクセスと呼ぶ
。

従って、アクセスをより早くするだめには、粗アクセス
では光学ヘッドの移動速度を早くすることと、できるだ
け目標トラックに近い位置にアクセスすることが必要と
なる。密アクセスでは、短かい時間で多くのトラックを
正確にジャンプさせる必要があるが、そのためには、ト
ラッキングサーボの引き込み範囲が広いことと、サーボ
ゲインが高いことが必要である。

従来例の光学ヘッドにも種々のものがあるが、いずれの
ものも２例えば、アクセス時間を０．１秒以下にするた
めには、粗アクセス、密アクセス共十分な特性が得られ
てい々い。その理由は、粗アクセスにおいては移動部の
重量が重い点である。

従来のものは光学ヘッド全体をリニアモータによって動
かすのが主流であるが、光学ヘッドには、レーザ、フォ
ーカシングアクチュエータと磁気回路、トラッキングア
クチュエータと磁気回路、ミラーや偏光プリズム、レン
ズ、光検出器、プリアンプ等が含まれるため、少くとも
数６グラムの重量となる。粗アクセス時間Ｔは、移動部
重量をｍ。

駆動力をＦ、移動距離をＸとすると。

Ｔ−２Ｊ循び１ であられされる。この式は１次のように導出される。移
動量ｘ／２まで加速し、７からＸまで減速すると考えて
、運動方程式 を積分する。従来例において、Ｆ＝３Ｎ　、ｍ−４００
ｊｊ　、！＝４０ｍｍとすると、Ｔ＝０．１５秒となる
。従って、従来法では、粗アクセスだけで０．１６秒も
かかつてし捷うことになる。

密アクセスにおいては、従来のものは、トラッキングの
引込み範囲が狭いという問題があった。

記録再生用ディスクで、トラッキングのための案内溝か
らの回折光のファーフィールトノくターンからトラッキ
ングサーボの誤差信号をとる方法をファーフィールド法
と呼ぶが、従来のトラッキングのために対物レンズをデ
ィスクの半径方向に振る方式や、トラッキングミラーを
使用する方法はトラッキングサーボの引込み範囲が狭い
。

例えばレンズをトラッキングのために振る方式では、第
１図Ｋ）に示すように、Ｘ−Ｙドライブ１によって移動
されるレンズ２の動きに応じてディスク３からの反射光
が動き、固定した２分割光検出器４上では、トランキン
グの誤差信号に反射光の動きがオフセットとなって重畳
され５トラツキングの引込み範囲が狭くなる。この点は
、例えば。

第１図（ｂ）のように、ファーフィールド法によるトラ
ッキング信号検出用の光検出器６をレンズ２と一体化す
るという方式で、引き込み範囲はレンズ２だけ振る方式
の２．６倍程度に広がる。（例えば。

応物学会学術講演会予稿集、１９８１年秋季Ｐ１２１に
詳しく記述されている）しかし、この方式でも、レンズ
２に入射する光束径より大きな引き込み範囲が得られな
い点や、アクチュエータの中にレンズのほかに光検出器
、λ／４板、偏光プリズムを入れなければならないため
重くなる点、構造が複雑でやや製造しにくくなる等の問
題点を有していた。

又、第１図（Ｃ）に示すようにレンズのみ、フォーカス
のために振り、このレンズ２を板バネ６で支持した架台
７にミラー８を固定し、この架台７をトラッキングのた
めに振るという方式がある。これは１例えば電子通信学
会誌（１９８３年Ｎ１１８Ｐ８３８）に記載されている
。しかし、この方式では、トラッキングのため、架台子
にコイルを固定して振っているが実際に動かしたい光ス
ポットは、レンズ２の動きに応じているため、レンズ２
を支持する板バネ６を介して光スポットを振っているこ
とになる。従って、板バネ６０作用で、トラッキング特
性に２次共振があられれ、サーボのゲインを十分上げる
ことができなくなるという欠点を有していた。又、フォ
ーカシングのだめの磁気回路の円形のギャップが上を向
いており、トラッキングのだめの別の磁気回路のギャッ
プが横方向を向いているので、トラッキングの引き込み
範囲は、フォーカス磁気回路のギャップ内に限定され、
せいぜい１〜２ｍｍの引き込み範囲しか得られない。

従って、この方式においても、柑アクセスは光学ヘッド
全体を動かさねばならない。

以上のように従来例の方式では、アクセス時間を短くす
るには、粗アクセスは光学ヘッド全体を動かさねばなら
ず重くなり、高速化の障害となっている点、密アクセス
においては、トラッキングの引き込み範囲が狭い、可動
部が重い、トラッキングサーボのゲインが不十分等で高
速化しにくい等の大きな問題点を有していた。

発明の目的 本発明は２光ディスク再生用、記録再生用、或いは、記
録再生消去の可能な光学ヘッドで、上記従来方式の難点
を解消し、高速アクセスが可能な特性、即ち、ディスク
半径方向の移動部重量を著しく軽くし、移動速度の高速
化を可能とし、トラッキングサーボの引き込み範囲が実
質的に無限大となる光学系と、トラッキングサーボゲイ
ンを十分高くできる機構系によって、トラッキングサー
ボを高安定化し、密アクセスの高速化も可能とした特性
を備え、製造が容易で構成部品数の減少による低コスト
化も可能とする光学ヘッドを得ることを目的とする。

発明の構成 本発明は、上記目的を達成するためにディスク状記録担
体の半径方向に移動可能な架台と、前記架台に固定され
、前記半径方向に光軸方向を持った略平行光を前記ディ
スク状記録担体面に略垂直な方向に反射させる光反射手
段と、前記光反射手段からの反射光を前記ディスク状記
録担体面上に集光する集光レンズと、一端が前記集光レ
ンズに、他端が前記架台に固定され、前記集光レンズを
前記ディスク状記録担体の記録面に略垂直な方向に移動
可能な状態で支持する可撓性支持部材と、前記集光レン
ズに一体に固定され、かつ、前記集光レンズを前記ディ
スク状記録担体面に略垂直な方向と、前記半径方向に駆
動力を与えるように巻かれたコイルと、前記コイルが挿
入されるギャップ部を有する磁気回路を備えることによ
って、光学現し、高速アクセスに適した光学ヘッドを得
るものである。

実施例の説明 図面に従って、本発明の詳細な説明を行なう。

第２図は本発明の一実施例における光学ヘッドの機構部
の分解斜視図で、第２図（ａ）はその鏡筒部、第２図（
ｂ）は同架台、第２図（Ｃ）は同磁気回路の構成図を示
している。第３図は同実施例の光学ヘッドの全体構成図
である。

第２図において−９はディスク上にレーザ光を絞り込む
集光レンズで、これにフォーカスサーボの駆動用コイル
１ｏ（以下フォーカスコイル１゜という）と、トラッキ
ングサーボと、ディスクの半径方向への送りの駆動を行
なうコイル１１（以下トラッキングコイル１１という）
が一体に固定されている。１２は架台で、中心部に入射
光に対して４５°傾いた反射面を持つミラー１３が架台
１２に固定されている。矢印Ａより入射される略平行な
レーザ光は架台１２にある円形開口１４を通過し、ミラ
ー１３で上方に反射され、集光レンズ９に入射される。

１５（ｌ−１：可撓性支持部材で、固定部Ａ　／１で鏡
筒の上端部ム１に固定され、固定部Ａ２’で、鏡筒の下
端部Ａ２に固定される。可撓性支持部材（以下板バネと
いう）１６は、金属板バネ、ゴム、樹脂等でできており
、集光レンズ９を含む鏡筒部を上下方向に移動可能なよ
うに支持する。第２図中）に示す架台１２は、ベアリン
グ１６によってレール１７上を移動する。

第２図（Ｃ）に示す磁気回路は、磁石１８．ヨーク１９
からなり、ギャップＢ１．Ｂ２にフォーカスコイル１０
とトラッキングコイル１１が挿入される。

レール１７の斜面をベアリング１６がころがり２架台が
滑走する。開口２ｏは、略平行なディスクへの入射光及
びディスクからの出射光を通過させるものである。

第３図は本実施例の光学ヘッドの全体構成図である。第
３図において、２１は半導体レーザで。

半導体レーザ２１から出た光は、コリメートレンズ２２
で略平行光とされ、偏光プリズム２３゜λ／４板２板金
５過して架台に固定されこの略平行光と同一方向、即ち
、ディスク２４の半径方向に移動するミラー１３で反射
し、集光レンズ９によってディスク２４上の記録面に集
光される。ディスク２４からの反射光は再び集光レンズ
９とミラー１３．λ／４板２板金５たのち、偏光プリズ
ム２３でＳ偏波となって反射し、ノ・−フミラー２６で
２分割され、一方は２分割光検出器２７に入射し、他方
はレンズ２８で集光され、遮蔽板２９で一部遮蔽され５
２分割光検出器３０に集光される。

光検出器２７上では、ディスク上のトラックの回折光か
らトラッキング誤差信号が検出され、光検出器３０によ
ってフォーカス誤差信号が検出される。光検出器２７と
２分割光検出器３０の両方の出力からディスク２４上の
情報信号を読み出す。

このフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号は、サ
ーボ回路によって増巾９位相補償され、フォーカスコイ
ル１０とトラッキングコイル１１に電流が供給されサー
ボがかけられる。３１はモータである。

本実施例の光学ヘッドの動作について、光学系を簡単に
説明し機構系を詳述する。

光学系については、第３図において、アクセスの際には
、ミラー１３と集光レンズ９のみが動き。

フォーカスサーボには集光レンズ９のみが動くので、こ
れらの可動部の動きは、すべて略平行なレーザ光の光軸
方向である。従って、これらの光学部品の移動によるデ
ィスクからの反射光分布の動き等の問題は全く起こらな
い光学系であり２この意味での光学的なトラッキングの
引き込み範囲は無限大となる。

機構系については、第一の特徴として、集光レンズ９と
一体にフォーカスとトラッキング、及びアクセスのだめ
のコイルが固定されていることである。第２図（Ｃ）の
磁気回路は、フォーカスとトラッキングに対し共通であ
って、磁気ギャップに垂直な方向に磁束を持つ。フォー
カスコイル１０は、コイル下部のみがギャップ中に挿入
されているため、電磁力は上下に働く。トラッキングコ
イル１１は、ギャップ部では上下方向に電流が流れるた
め、に〜７フ々の生洛す面１／ｒ蕾唐力充働仁フォーカ
ス方向は、板バネ１６によって集光レンズ９のみ上下す
る。板バネ１６はダンピング特性を有すると共に、上下
方向は低い周波数ｆ１゜即ち、３０〜６０Ｈｚ付近に共
振点を持ち、これによってフォーカス方向は、従来のア
クチュエータと同様の特性を示す。このフォーカスアク
チュエータの特性を示したのが第４図（ａ）である。実
線が振巾で、一点鎖線が位相である。破線は、サーボ回
路によって位相補償した後の特性で、５００　Ｈｚから
５ＫＨｚの範囲でバイパスフィルターが入ったサーボ回
路を使っている。位相補償は、誤差信号に対して、アク
チュエータの応答の位相が１８００以上ずれると系が発
振し、サーボゲインが得られない点を改善するために入
れている。このようにフォーカスアクチュエータの特性
は従来のものと同一である。

一方、トラッキングとアクセスの動作は従来のものとは
異なっている。即ち、トラッキングコイル１１によって
直接集光レンズ９に駆動力が働き。

板バネ１６を介して架台に駆動力が働く。板バネ１５は
、トラッキング及びアクセス方向に対しては、ダンピン
グ特性と共に、ＩＫＨｚ〜２Ｋｌ（ｚという比較的高い
共振周波数ｆ２を持つ。トラッキング及び、アクセス用
のトラッキングコイル１１への入力信号周波数が、／２
より十分低い場合は、集光レンズ９と架台は、一体とな
って動くが、入力周波数が、ｆ２より十分大きい場合は
、架台は動かず、集光レンズ９を含む鏡筒部のみが動く
。可動部質量をＭ、入力周波数を、ｆとすると可動部の
振１１１　Ｘは ｘ　＝　Ｃ／Ｍ、ｆ２ となる。Ｃは入力電圧の振巾に比例した定数である。こ
れは、第４図では直線となる。ところで、トラッキング
方向の可動部質量は、上述のように低い周波数では、鏡
筒部Ｍ１と架台Ｍ２の合計。

高い周波数では、鏡筒部のＭｌのみとなるので。

振巾Ｘは第４図（ｂ）のように−ｆｌより低い周波数で
は、 Ｃ／（Ｍ１＋Ｍ２）ｆ２ ｆｌより高い周波数では。

０７Ｍ１ｆ２ となる。従って、トラッキング及びアクセス方向のアク
チュエータの特性は、位相がｆｌで持ち上がり、回路で
位相補償したのと同じような特性となる。従来例の第１
図（Ｃ）で述べたように、従来は、言わば、架台にトラ
ッキング用コイルが固定された構造であるため、２次共
振は、位相遅れとなって、サーボゲインを上げることが
できない原因となったが、本実施例によれば、２次共振
はむしろサーボゲインを上げる方向に働いており、さら
にサーボ回路による位相補償を加えることによって良好
なアクチュエータ特性が得られる。

ミラー１３は架台に固定されているため、高い周波数で
のトラッキング方向の入力信号には応答しないが、ミラ
ー１３と集光レンズ９とのトラツキ学系やサーボ系に何
らの悪影響も与えない。

本実施例においては、Ｍｌが４ｇ、Ｍ２が６ｇであり、
コイルで得られる最大パワーが、フォーカス方向が０．
６Ｎにュートン）、トラッキングとアクセス方向が１Ｎ
であるので、従ってフォーカス方向は１重力加速度をＧ
として１５Ｇ、トラッキング方向は、高い周波数では２
５Ｇ、低い周波数では、１１．３Ｇの最大加速度が得ら
れる。従って、移動距離４０ｍｍでの粗アクセス時間は
、０．０３８秒と十分に短時間となる。

以上のように本実施例によれば、可動部重量の軽量化に
伴なうディスクの半径方向への移動速度の高速化、トラ
ッキングサーボの引き込み範囲の拡大と、トラッキング
サーボゲインの強化によって、アクセス時間を短かくす
ることのできる光学ヘッドが得られ、又、従来は、磁気
回路と、コイルがフォーカス用、トラッキング用、アク
セス用と、それぞれ３組必要であったのが、磁気回路が
一つ、コイルが２組と１部品も減り、低コスト化にもつ
ながっている。

他に、従来の光学−＼ソド全体を動かす方式の場合、レ
ーザー、コイル、光検出器、ヘッドアンプ等に給電する
電線が、可動部から固定部へ、合計２０本程度出ており
、可動部の動きをさまたげないように線処理するのは困
難であるが２本実式では、可動部から固定部への線は４
本のみで、線処理は容易となる。

なお、本実施例では、トラッキングとアクセスのコイル
は、鏡筒部にのみ固定させたが、アクセスの力を増すた
め、架台にアクセス用コイルをつけ加えても良い。

フォーカスコイルの位置と巻き方については、他に種々
の方法があり、−例として、第５図の巻キ方がある。第
６図で一トラッキングコイル３２は、第２図と同じ巻き
方である。３３はフォーカス駆動コイルである。

最初に示した実施例では、トラッキングサーボのとり方
をファーフィールド法としたが、他に３ビーム法、ウオ
ブリング法９位相差法等にも適用１能である。フォーカ
ス誤差信号のとり方においても同様であって、アスティ
グマ法、臨界角法。

位相差法等にも適用可能なことは言うまでもない。

又、多ビーム記録等にも支障なく使用でき、書き換え可
能な記録材料への記録ビームと消去ビームの２ビーム光
学系にも支障なく使用できる。

上記実施例では、架台はレール上をころがり軸受は型ベ
アリングで滑走するが、他に摺動型軸受けを使用するこ
とも可能である。

発明の効果 以」二のように本発明は、アクセスのだめの駆動機構と
可動部がトラッキングのものと同一であって、可動部の
軽量化によるアクセスの著しい高速化が得られる点、フ
ォーカス、トランキング、アクセスにおけるレンズやミ
ラーの可動部の移動方向がすべて光軸方向であって、フ
ォーカスやトラッキングのサーボによる光路のずれ等が
全くおどらず、光学系が常に理想的な状態である点、集
光レンズにトランキングとアクセス用コイルも固定し、
板バネを介して、ミラーを固定した架台を動いた板バネ
の２次共振を防止するとともに、サーボ回路の位相補償
と同じ効果を持たせ、サーボの安定化を得ることができ
る。またコイルや磁気回路の数をへらし、コストダウン
がはかれる点等。

効果は多くの点にわたっており、光ディスクの実用化へ
の大きな問題となっていた、トラッキングサーボの引き
込み範囲の狭さに起因するサーボの不安定性、アクセス
時間の長さ、光学ヘッドのコスト高という問題を一挙に
解消するもので、その産業上の効果は非常に大きいもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｆ２Ｌ）　、［有］）　、　（Ｃ）は従来の光学
ヘッドの構成説明図−第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　
（ｃ）は本発明の一実施例における光学ヘッドの機構部
の分解斜視図、第３図は同全体構成図、第４図（ａ）、
［有］）は同光学ヘッドの特性図、第５図は同地の実施
例の要部機構図である。 ９・・・・・・集光レンズ、１０・・・・・フォーカス
コイル。 １１・・・・・・トラッキングコイル、１２・・・・・
・架台、１３・・・・・・ミラー、１６・・・・・・可
撓性支持部材、１６・・・・・・ベアリング＋１８・・
・・・磁石＋　１９・・・・・ヨーク。 第５図　９ 一９ζｎ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディスク状記録担体の半径方向に移動可能な架台と、前
   記架台に固定され、前記半径方向に光軸方向を持った略
   平行光を前記ディスク状記録担体面に略垂直な方向に反
   射させる光反射手段と、前記光反射手段からの反射光を
   前記ディスク状記録担体面上に集光する集光レンズと、
   一端が前記集光レンズに、他端が前記架台に固定され、
   前記集光レンズを前記ディスク状記録担体の記録面に略
   垂直な方向に移動可能な状態で支持する可撓性支持部材
   と、前記集光レンズに一体に固定され、かつ、前記集光
   レンズを前記ディスク状記録担体面に略垂直な方向と、
   前記半径方向に駆動力を与えるように巻かれた２組のコ
   イルと、前記各コイルが挿入されるギャップ部を有する
   磁気回路を備えた光学ヘッド。