JPS6266428A - 光ヘツド - 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〕 本発明はヘッドの可動部の軽量化および小型化を図って
アクセスタイムを早めると共に光学パラメータの設定に
よってアクセス制御の容易化および精度向上を図った光
ヘッドに関する。

〔従来の技術〕

従来の光ヘッドとして、例えば、後藤顕成著、オーム社
［オプトエレクトロニクス入門１１８７頁に記載の第９
図に示すものがある。この光ヘッドは、レーザ光源１よ
りのレーザビーム２を収束して光デイスク盤３へ微小ス
ポットに絞り込んで記録又は再生を行うようになってい
る。光ヘッド４は、光ビーム収束レンズ４１と、該レン
ズ４１よりの光ビームをディスク盤３方向へ反射させる
ミラー４２と、該ミラー４２よりの光ビームを光デイス
ク盤３に結像させる対物レンズ４３と、該対物レンズ４
３を盤３の撓み（面振れ）に応じて前後進させて自動的
に焦点合せをする自動焦点調整機構４４より構成される
。光ヘッド４は、ヘッ□ド送り歯車５に噛合してその長
手方向（図示矢印方向）へ軸６の回転により移動するこ
とができ、光デイスク盤３の規定のトラック位置へ順次
移動する。

以上の構成において、レーザ光源１よりの光ビーム２は
、光ヘツド３内を経由して光デイスク盤３へ光ビームを
絞り込み、回転する光デイスク盤３のトラックの円周方
向へ順次書き込み又は読み出しを行う。１つのトラック
の走査が終了するとヘッド送り歯車５が回転し、１トラ
ック分内側（又は外側）へ光ヘッド４を移動させ、その
トラックでの走査を行う。以上の操作が所望のトラック
まで繰返し実行される。尚、光ヘッド４による走査の過
程で、光デイスク盤３の上下動（数１０μｍ〜１００μ
ｍ程度）に対し、対物レンズ４３の端面と記録面の間の
光学的距離を一定に保つために自動焦点調整機構４４が
作動する。この間隔変動の検出には、楕円率検出法（非
点収差法）、ビーム偏心法、ウォーブリング法等が用い
られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の光ヘッドにあっては、自動焦点調整機構
が対物レンズと一体化され、更にはトラン・クサーポア
クチュエータ、各種のアクセスエラー検出器等も光学ヘ
ッド内に設けられているため、ヘッドの自重が重くなっ
て移動機構に負担をかけ、アクセスタイムが磁気ディス
クより１桁程度長く（約１００ｍ５ｅｃ以上）なる不都
合があった。また、ヘッドに種々のものが設けられてい
るために小型化、シンプル化を図ることができない不具
合もあった。

かかる不具合を解消すべく、光ヘッドのシークの為の移
動部を光アイ　（ミラーと対物レンズ及びこれらを収容
する筐体）のみとして軽量化および小型化を図り、且つ
、アクセスサーボアクチュエータの一部または全部を可
動部から分離したものを、特願昭６０−２２４７８号で
提案した。

この提案された光ヘッドによれば、シークによる外乱振
動を無くし、アクセスタイムを早めることができると共
に、光ヘッドのシンプル化、モジュール化及びプラグイ
ン化を可能にすることができる。

更に、発明者は上記発明に対し、光学系の各パラメータ
を最適に設定しうるようにしたものを特願昭６０−１２
５５１８号で提案した。かかる光ヘッドにおいては、ア
クセスアクチュエータに凸レンズを用い、このレンズと
対物レンズの間パラメータを次のように設定している。

即ち、集光拡散用凸レンズの前記焦点の移動に基づいて
変化する該焦点と前記対物レンズ間の距離の第１の変化
量ｄａと、光メモリ媒体の面振れに基づいて変化する前
記対物レンズと前記光メモリ媒体間の距離の第２の変化
量ｄ、の比ｄｂ／ｄａを所定の値の範囲に設定、前記第
１の変化量ｄａを所定の値以下に抑え、かつ、前記光メ
モリ媒体上に絞られる前記光ビームを所定のビーム径に
するＮＡに対応した値の焦点距離ｆを有するものとする
ことによって、フォーカスサーボ制御を容易且つ高精度
に行なえるようにしている。

しかし、特願昭６０−１２５５１８号にあっては、対物
レンズに凸レンズを用いているため、凹レンズに比べて
光学距離が長くなる。したがって、この点からヘッド全
体のサイズの小型化について検討の余、地がある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は上記
に鑑みてなされたものであり、フォーカスサーボ制御を
低下させることなくヘッド移動部の小型軽量化を図れる
ようにするため、光メモリ媒体の面振れに応じて、光源
からの光ビームを集光拡散する集光拡散用凹レンズを光
軸方向に移動させ、この移動に基づいて前記集光拡散用
凹レンズの焦点を光軸方向に移動させることにより、光
メモリ媒体に対向する対物レンズの光ビームの絞り制御
を行うようにした光ヘッドを提供するものである。

〔実施例〕

以下、本発明による光ヘッドを詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、光メモリ装置等の筐
体に固定される基台１１と、該基台１１内に実装され、
ヘッドの移動部を光メディア（本実施例では光ディスク
１０）のトレース方向（光ディスク１０の半径方向）へ
移動させる移動機構１２と、基台１１上に固定設置され
てレーザビームを発生するレーザ光源１３と、該光源１
３の後段に設置されて光ディスク１０での反射光に基づ
いてアクセスエラーを検出するアクセスエラージェネレ
ータ１４と、該アクセスエラージェネレータ１４の後段
に設置されて該ジェネレータ１４よりのエラー検出信号
をフィードバック信号として、そのフィードバンク量に
応じて内蔵されるズーム機構（対物レンズ（凹レンズ）
１８と対を成した焦点調整レンズをリニアモータを駆動
源とするレンズ繰出機構により自動的に記録面へ焦点合
せをする機構を備えて成る）を作動させるアクセスサー
ボアクチュエータ１５と、アクセスエラージェネレータ
１４及びアクセスサーボアクチュエータ１５を介して到
達するレーザ光源１３よりの光ビームを光ディスク１０
の記録へ微小なスポットとして結像させると共に移動機
構１２の先端部に固定設置されるヘッド移動部としての
光アイ１６より構成される。光アイ１６は、アクセスサ
ーボアクチュエータ１５よりの光ビームを光ディスク１
０の記録面方向へ反射させるミラー１７と、該ミラー１
７によって反射した光ビームを光ディスク１０の記°録
面へ結像させる対物レンズ１８より構成される。

以上の構成において、レーザ光源１３を出射した光ビー
ムはアクセスエラージェネレータ１４及びアクセスサー
ボアクチュエータ１５の各々を経由して光アイ１６に入
射する。光アイ１６に入射した光ビームはミラー１７で
反射したのちに対物レンズ１８を通過し、該対物レンズ
１８によって記録面へ微小スポットに結像される。光デ
ィスク１０によって反射した光は、光アイ１６を経由し
てアクセスエラージェネレータ１４へ到達し、ここでア
クセスエラー信号及び情報信号等が取り出される。アク
セスエラー信号はアクセスサーボアクチュエータ１５ヘ
フイードバツクされ、そのフィードバック量が最小に変
化するようにアクチュエータ１５内のズーム機構を調整
する。このとき、光アイ１６は静止したままにある。対
象のトラックのアクセスが終了すると、１　移動機構１
２に設けられたりニアモータを駆動して指定のトラック
へ光アイ１６を移動させる。

第２図は第１図における構成の詳細を示し、アクセスサ
ーボアクチュエータ１５は、レーザ光源１３よりのレー
ザビームを光アイ１６側へ拡散する凹レンズ１５ａと、
アクセスエラージェネレータ１４よりの検出信号に基づ
いて凹レンズ１５ａを光軸方向に移動させて焦点位置を
調整するドライブ機構１５ｂより構成される。

また、アクセスエラージェネレータ１４は、凹レンズ１
５ａよりのビームを光アイ１６へ通過させると共に、光
ディスク１０での反射光を光アイ１６を介して受光する
と共に所定方向へ反射させるハーフミラ−１４ａと、該
ハーフミラ−１４ａよりの光の約１７２を遮光（１００
％遮光ではない）するマスク板１４ｂと、ハーフミラ−
１４ａよりの反射光の内の遮光しなかった光を受光し、
その受光量に応じた電気信号を出力する受光素子１４Ｃ
と、マスク板１４ｂを介して得られる光を受光し、その
受光量に応じた電気信号を出力する受光素子１４ｄより
構成される。

更に、移動機構１２は、光アイ１６を一端に固定設置す
ると共にデータ端が中空にされ、その外周部にコイル１
２ｂが巻回された移動体１２ａと、該移動体１２ａの中
空部に中心コアが内挿されると共にコイ・ル１２ｂに対
向して外側コアが外嵌される固定子１２ｃより構成され
る。これはりニアモータのメカニズムそのものである。

以上の構成において、レーザ光源１３よりのレーザビー
ムは、ハーフミラ−１４ａを通過して凹レンズ１５ａに
到達する。凹レンズ１５ａは第３図に示すように、虚焦
点距離ｆ１を有してレーザビームを拡散する。第３図中
、ａは虚焦点と対物レンズ１８間の距離を示す（途中に
ミラー１７が介在し、光路は直角に曲げられているが、
第３図ではこれを省略し展開して示している）。一方、
対物レンズ１８は結像距離すをもって凹レンズ１５ａよ
り与えられるレーザビームを光ディスク１０の表面に集
光させている。このとき、光ディスク１０の面振れ（厚
み方向への振動あるいはうねり）に対応して凹レンズ１
５ａがドライブ機構１５ｂによって光軸方向の前方また
は後方に移動される。

第３図において、レンズの近似公式から２次式の関係が
成立する（但し、ｆは対物レンズ１８の焦点距離である
）。

ａ　　　　ｂ　　　　ｆ 更に、第＋１１式から、次式が導かれる。

この第（２）式の関係をグラフ化したのが第４図である
。図より明らかなように、距離ａが２ｆ以下にあると距
離すの変動幅に対して距離ａのそれが微小になってａの
光軸方向の位置制御が難しくなる。

一方、面振れ許容量Ｖが第４図に示した位置になるよう
に対物レンズ１８の焦点距離ｆを選択すると、ｂの変動
量Δｂに対してａの変動幅Δａを大きくとることができ
るため、凹レンズ１５ａの移動制御が容易となり、フォ
ーカスサーボ制御の精度を向上させることができる。し
かし、Δａが大きくなるほどアクセスサーボアクチュエ
ータ１５が大型化することになるので、ｂの変動値を許
容できる範囲でΔａはできるだけ小さいことが望ましい
。

ここで、第（２）式を第（３）式または第（４）式で表
わすことができる。

第（３）式において、ａ、ｂ、ｆの各パラメータを選択
する条件は次の如くとなる。

（（）　　ｄｂが面振れ許容量■に対し、１ｄ、１≦■
を満足すること、 （ｏ）　　ｆが要求する光ビームスポット径を達成する
に必要なＮ、　Ａ　（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔ
ｕｒｅ）に対応する値に選定されること、 （ハ）　前記（イ）及び（０）を満足すると同時に、ｄ
ａをできうる限り小さくすること。

このような条件を満足させることにより、対物レンズ１
８の結像点を光メモリの面振れに対応して応答性良く移
動させることができると共に、凹レンズを用いたことに
より、凸レンズを用いた場合の対物レンズ１８までの距
離が（ａ十ｆ、）となるのに対し、凹レンズ１５ａと対
物レンズ１８間の距離は（ａ　−ｆ　Ｉ）となり、　（
ａ＋ｒ＋）　−（ａ−ｒ＋）＝　ａ　−ａ　＋　ｆ　、
十ｆ　＋−２ｆ　＋　だけ間隔を狭めることができる。

このためヘッド全体のサイズを小型化することができる
。この相違に対する理解を容易にするために、凸レンズ
を用いた場合の光学計算説明図を第５図に示す。

ここで説明を第２図に戻すと、凹レンズ１５ａを通過し
た光ビームは、光アイ１６のミラー１７に到達し、この
ミラー１７で反射したビームは対物レンズ１８によって
光ディスク１０の記録面へ結像される。

この記録面での反射ビームは、光アイ１６を介して入射
側へ戻され、凹レンズ１５ａを通過してハーフミラー１
４ａに達し、ハーフミラ−１４ａによって反射したのち
一部は直接に受光素子１４ｃへ入射し、他の反射ビーム
はマスク板１４ｂを介して受光素子１４ｄに入射する。

受光素子１４Ｃと１４ｄの受光光量比と焦点距離ｆの関
係は予め知られており、その受光光量比のずれ値をドラ
イブ機構１５ｂにフィードバックし、ｆが適正値になる
ように凹レンズ１５ａの１／ａを該レンズ１５ａを移動
させることによって調整する。

一方、光ディスク１０のトラックのアクセスが終了する
ごとに（この検出はアクセスエラージェネレータ１４に
含まれるトランク信号検出部（図示せず）によって行わ
れる）移動機構１２のコイル１２ｂへ通電（通電方向に
より移動部体１２ａの移動方向を任意に選択できる）を
行うことにより、その通電時間及び通電量に応じて移動
体１２ａは光アイ１６を隣接のトラック位置へ移動させ
る。

なお、以上の説明では光ディスクのみを扱ったが、この
ほか、光カード、光テープ、光ドラム等の光メモリに適
用可能である。

また、アクセスエラージェネレータ１４としては、フォ
ーカスエラー、トラックエラー、スキュエラー、ジッタ
ー、情報信号等の内の少なくとも１つを含むと共に、ア
クセスサーボアクチュエータはフォーカスサーボ、トラ
ックサーボ、スキューサーボ、ジッターサーボの内の１
つ或いは複数を含むものである。前記実施例においては
、説明の便宜上からフォーカスサーボのみを示したもの
である。

発明者らは、第５図に示す構成に従って、下記の条件に
より光カードについて実施したところ、後述の如き良好
な結果が得られた。

レーザ光源　：　Ｌ　Ｄ　（８３００人）書き込み１０
ｍＷ読み出し２ｍＷ ハーフミラー：　ＰＢＳとχλ板 スキャニングスピード：１ｍ／ｓｅｃ フォーカスエラージェネレータ方式 ：（１）マスキング方式 ＝（２）シリンドリカルレンズ 以上の条件により、光カード２０のトラックはシ−り方
向と垂直な方向に走り、フォーカシングはフォーカスア
クチュエータにより行うと共に、トラッキングはシーク
機構により行った。

′また、ａ、ｂ、ｆのパラメータは、ｄｂ／ｄ。

−〇、１に設定、且つ　ａ　＝１８０　ｍとし、ｆ１＝
−４０ｍ、ｆ＝５に設定した。この結果、ｂ＝５．１４
となり、±１ｆｉの面振れ量に対し、ｄ、＝±１（Ｉｎ
のフォーカスアクチュエータストロークとなった。

以上において、面振れ量Ｖが約±ＩＭｌに対し、十分な
応答を示し、リード、ライトが確実に行われることが確
認された。また光アイとアクチュエータを分離すること
により、装置容積を約４０％減することができ、小型化
が可能となった。

第６図は第５図の構成の変形例を示し、アクセスエラー
ジェネレータ１４とアクセスサーボアクチュエータ１５
の位置を入れ換えたものである。本実施例によれば、ト
ランクアクセスによるフォーカスエラー信号を一定化さ
せうる利点がある。尚、各パラメータの選定法は前述と
同一である。

第７図及び第８図は光デイスクシステムに対し実施した
原理的構成および具体的構成を示し、第５図及び第２図
と同一の部分は同一の引用数字で示したので重複する説
明は省略するが、アクセスエラージェネレータ１４とア
クセスサーボアクチュエータ１５の間に直角方向に光ビ
ームを曲げるミラー２１を設けると共に、アクセスエラ
ージェネレータ１４とレーザ光源１３との間にビーム整
形器２２を設けるようにしたものである。また、諸条件
は下記の如くとした。

レーザ光源　ｊ　Ｌ　Ｄ　（８３００人）ハーフミラー
：　ＰＢＳとλ／４板 ビーム整形器ニブリズムカプラー フォーカスエラージェネレータ方式 ％式％ 光ディスク　：ＤＲＡＷタイプ（非晶質Ｔ、金合金光磁
気ディスク（Ｔ、Ｆ、） ディスク回転数：　１８００ｒｐｍ リニアモータスピード：３ｍ／ｓｅｃ この結果、シークタイムの最高は２７ｍ５ｅｃで平均１
７ｍ５ｅｃ、フォーカスサーボゲインは６０ｄＢ以上、
Ｓ／Ｎは６０ｄＢ　（アモルファスＴ０合金）という好
結果が得られた。尚、各パラメータ（ａ＋　　ｂ、　　
ｒ）の選定は前述と同一とした。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明の光ヘッドによれば、サーボア
クチュエータ内のレンズを凹レンズにし、該レンズ及び
対物レンズの諸パラメータを最適に設定したため、ヘッ
ドの小型軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２図は第１
図の実施例の詳細を示す構成図、第３図は第２図の実施
例の光学計算説明図、第４図はレンズの近似公式におけ
るパラメータ特性図、第５図及び第６図は本発明の光カ
ードシステムに適用した場合の一実施例および変形例を
示す概略構成図、第７図及び第８図は本発明を光デイス
クシステムに適用した実施例の概略構成図及び詳細構成
図、第９図は従来の光ヘッドを示す説明図、第１０図は
サーボアクチュエータに凸レンズを用いた場合の光学計
算説明図。 符号の説明 １０−−−−一光ディスク、　１１−−−−−一基台、
１２−一−−−駆動機構、　　１３−−−−−−−−レ
ーザ光源、１４−−−−−−−−アクセスエラージヱネ
レータ、１５−−−−−−−アクセスサーボアクチュエ
ータ、１５２　−−−−−−一凹レンズ、　１５ｂ　　
−−−−−−−ドライブ機構、１６−−−−−一光アイ
、　　　　１７−−−−−−−−ミラー、１８−−−−
−−・対物レンズ。 特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代理人　弁理士
　　　松　原　伸　２ 同　　　　同　　　　　村　　木　　清　　用量　　　
　同　　　　　上　　島　　淳　　−同　　　　同　　
　　　酒　　井　　宏　　明９　　　　　ニ ′。＞

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光メモリ媒体に光ビームを照射して該光メモリ媒
   体をアクセスする光ヘッドにおいて、 光源からの光ビームを拡散する拡散用凹レンズと、 該凹レンズによって拡散された光ビームを前記光メモリ
   媒体上に絞って前記光メモリ媒体をアクセスする対物レ
   ンズと、 前記光メモリ媒体の面振れに応じて前記凹レンズを光軸
   方向に移動させ、この移動に基づいて前記凹レンズの虚
   焦点を移動させることにより前記対物レンズの前記光ビ
   ームの絞り制御を行なうことを特徴とするヘッド。
2. （２）前記対物レンズが、前記凹レンズの前記焦点の移
   動に基づいて変化する虚焦点と前記対物レンズ間の距離
   の変化量ｄ＿ａと、前記光メモリ媒体の面振れに基づい
   て変化する前記対物レンズと前記光メモリ媒体間の距離
   の変化量ｄ＿ｂの比ｄ＿ｂ／ｄ＿ａを所定の範囲に設定
   すると共に前記変化量ｄ＿ａを所定値以下に抑え、且つ
   前記光メモリ媒体上に絞られる前記光ビームを所定のビ
   ーム径にするＮＡに対応した値の焦点距離ｆを有する構
   成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光ヘッド。