JP2006024266A - 対物レンズアクチュエータ及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型マグネット及び小型コイルから効率よく駆動力を発生させることができる対物レンズアクチュエータを提供する。
【解決手段】 本発明に係る対物レンズアクチュエータは、光ディスクの情報記録面上にレーザ光を集光させるための対物レンズを、フォーカス方向、トラッキング方向及びラジアルチルト方向にそれぞれ駆動するアクチュエータであって、第１及び第２のマグネット４１ａ、４１ｂを含む固定部と、前記第１及び第２のマグネットの間に配置され、前記対物レンズ２４、フォーカスコイル４３、トラッキングコイル４４及びラジアルチルトコイル４５を含む可動部とを備える。 各マグネット４１ａ、４１ｂは、田の字型に領域分割され、隣り合う領域がそれぞれＮＳ逆極性となるように着磁され、着磁方向が前記フォーカス方向及びトラッキング方向に対して直交する方向である。
【選択図】 図５

Description

この発明は、光ディスクに対して情報の記録再生を行なう光ディスク装置に関し、詳細には光ディスク上にレーザ光を集光させるための対物レンズをフォーカス方向、トラッキング方向及びラジアルチルト方向にそれぞれ駆動する対物レンズアクチュエータに関する。

周知のように近年では、情報の高密度記録技術が進み、片面１層に４．７ＧＢ（Giga Byte）の記録容量を有する光ディスクも普及している。ＣＤ（Compact Disk）等の光ディスクは情報記録媒体として一般に知られている。光ディスクとしてはＣＤの他に、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＨＤ（High Definition）−ＤＶＤ等がある。

光ディスクに対して情報の記録又は再生を行う場合、レーザビームがディスク記録面に集光し、光ビームスポットがディスク上の情報トラックに追従し、更にディスクにそりがある場合でも、レーザビームがディスク記録面に直角に照射されるように、対物レンズの位置及び角度が制御される。

レーザビームがディスク記録面に集光するように、対物レンズの位置を調節する制御をフォーカス制御、光ビームスポットがディスク上の情報トラックに追従するように対物レンズの位置を調節する制御をトラッキング制御、レーザビームがディスク記録面に直角に照射されるように、対物レンズの角度を調節する制御をチルト制御という。これらの制御は対物レンズアクチュエータを用いて行われる。光ディスク上に記録される情報の高密度記録技術が進むにつれ、対物レンズアクチュエータの高いレンズ駆動精度が益々要求されるようになる。

レンズアクチュエータとして下記特許文献１では、マグネットの着磁がコイルの対角線上を境界線とした二極着磁のマグネットを使用したレンズアクチュエータを開示している。
特開2003−257056

上記文献に開示された着磁パターンの場合、レンズホルダを駆動した際にコイルに作用するローレンツ力に偏りができ、有害なトルクが発生して対物レンズの傾きが大きくなってしまう。又、上記着磁パターンではアクチュエータの可動範囲内においてマグネットが作る磁界の大きさに著しい変動があるため、アクチュエータの駆動感度の変動が大きい。

本発明は、小型マグネット及び小型コイルから効率よく駆動力を発生させることができる対物レンズアクチュエータを提供することを目的としている。

又本発明は、フォーカスコイル、トラッキングコイル、ラジアルチルトコイルにより発生する駆動力を独立に調整することが容易な対物レンズアクチュエータを提供することを目的としている。

又本発明は、アクチュエータ可動部を駆動したときの対物レンズの傾きが小さい対物レンズアクチュエータを提供することを目的としている。

更に本発明は、量産が容易な対物レンズアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明の一実施形態に係る対物レンズアクチュエータには、４極着磁のマグネットが用いられ、その境界線は十文字を構成する。それら境界線の方向はアクチュエータのフォーカス方向、トラッキング方向と一致しており、アクチュエータ駆動時でも磁場に対する対物レンズの傾きが小さい。またフォーカスコイルとラジアルチルトコイルは全く独立のメカニズムで駆動される。

小型マグネット及び小型コイルから効率よく駆動力を発生させることができ、しかもフォーカスコイル、トラッキングコイル、ラジアルチルトコイルの各駆動力を独立に調整することが容易となる。又、アクチュエータ駆動時の対物レンズの傾きが小さい。マグネットの着磁パターンが単純なため、量産も容易である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この実施の形態で説明する光ディスク装置を示している。この光ディスク装置は、ＣＤ、ＤＶＤ、あるいはＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク１１に対して、情報の記録再生を行なう機能を有している。

この光ディスク装置は、光ヘッド１２、変調回路１３、記録再生制御部１４、レーザ制御回路１５、信号処理回路１６、復調回路１７、対物レンズアクチュエータ１８、レンズアクチュエータ制御部１９を備えている。

上記光ヘッド１２は、半導体レーザ２０、コリメートレンズ２１、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２２、４分の１波長板２３、対物レンズ２４、集光レンズ２５、光検出器２６を備えている。

また、上記レンズアクチュエータ制御部１９は、フォーカスエラー信号生成回路２７、フォーカス制御回路２８、トラッキングエラー信号生成回路２９、トラッキング制御回路３０、ラジアルチルトエラー信号生成回路３１、ラジアルチルト制御回路３２を備えている。

まず、この光ディスク装置による光ディスク１１への情報の記録について説明する。変調回路１３は、所定の変調方式に基づいてホストから提供される記録情報（データシンボル）をチャネルビット系列に変調する。記録情報に対応したチャネルビット系列は、記録再生制御部１４に入力される。

この記録再生制御部１４には、ホストからの記録再生指示（この場合、記録指示）が入力される。記録再生制御部１４は、対物レンズアクチュエータ１８に制御信号を出力し、目的の記録位置に光ビームが適切に集光されるように光ヘッド１２を駆動させる。さらに、記録再生制御部１４は、チャネルビット系列をレーザ制御回路１５に供給する。

レーザ制御回路１５は、チャネルビット系列をレーザ駆動波形に変換し、半導体レーザ２０を駆動する。ここでレーザ制御回路１５は、半導体レーザ２０をパルス駆動する。これに伴ない、半導体レーザ２０は、所望のビット系列に対応した記録用の光ビームを発生する。

半導体レーザ２０から発生された記録用の光ビームは、コリメートレンズ２１で平行光となり、ＰＢＳ２２に入射し、透過する。ＰＢＳ２２を透過した光ビームは、４分の１波長板２３を透過し、対物レンズ２４により光ディスク１１の情報記録面に集光される。

集光された記録用の光ビームは、フォーカス制御回路２８並びに対物レンズアクチュエータ１８によるフォーカス制御、トラッキング制御回路３０並びに対物レンズアクチュエータ１８によるトラッキング制御、ラジアルチルト制御回路３２並びに対物レンズアクチュエータ１８によるラジアルチルト制御によって、光ディスク１１の情報記録面上に最良の光ビームスポットが得られる状態で維持される。

次に、この光ディスク装置による光ディスク１１からの情報の再生について説明する。記録再生制御部１４には、ホストからの記録再生指示（この場合、再生指示）が入力される。記録再生制御部１４は、ホストからの再生指示にしたがい、レーザ制御回路１５に再生制御信号を出力する。

レーザ制御回路１５は、再生制御信号に基づき半導体レーザ２０を駆動する。これに伴ない、半導体レーザ２０は、再生用の光ビームを発生する。半導体レーザ２０から発生された再生用の光ビームは、コリメートレンズ２１で平行光となり、ＰＢＳ２２に入射し透過する。ＰＢＳ２２を透過した光ビームは４分の１波長板２３を透過し、対物レンズ２４により光ディスク１１の情報記録面に集光される。

集光された再生用の光ビームは、フォーカス制御回路２８、トラッキング制御回路３０、ラジアルチルト制御回路３２、ならびに対物レンズアクチュエータ１８によって、光ディスク１１の情報記録面上に最良の光ビームスポットが得られるように調節される。

このとき、光ディスク１１上に照射された再生用の光ビームは、情報記録面内の反射膜あるいは反射性記録膜により反射される。反射光は、対物レンズ２４を逆方向に透過して再度平行光となり、４分の１波長板２３を透過した後、入射光に対して垂直な偏光を持つＰＢＳ２２で反射される。

ＰＢＳ２２で反射された光ビームは、集光レンズ２５により収束光となり、光検出器２６に入射される。光検出器２６は、例えば、４分割のフォトディテクタから構成されている。光検出器２６に入射した光束は、光電変換されて電気信号となり増幅される。増幅された信号は、信号処理回路１６にて等化され２値化され、復調回路１７に送られる。復調回路１７では所定変調方式に対応した復調動作が施されて、再生データが出力される。

また、光検出器２６から出力される電気信号の一部に基づいて、フォーカスエラー信号生成回路２７によりフォーカスエラー信号が生成される。同様に、光検出器２６から出力される電気信号の一部に基づいて、トラッキングエラー信号生成回路２９によりトラッキングエラー信号が生成される。同様に、光検出器２６から出力される電気信号の一部に基づいて、ラジアルチルトエラー信号生成回路３１によりラジアルチルトエラー信号が生成される。

そして、フォーカス制御回路２８は、フォーカスエラー信号に基づき対物レンズアクチュエータ１８を制御し、ビームスポットのフォーカスを制御する。トラッキング制御回路３０は、トラッキングエラー信号に基づき対物レンズアクチュエータ１８を制御し、ビームスポットのトラッキングを制御する。ラジアルチルト制御回路３２は、ラジアルチルトエラー信号に基づき対物レンズアクチュエータ１８を制御し、ビームスポットのラジアルチルトを制御する。

次に、本発明の一実施形態に係る対物レンズアクチュエータ１８について説明する。

図２は対物レンズアクチュエータ１８の全体的な構造を示す図である。

対物レンズアクチュエータ１８は固定部と可動部からなり、固定部はヨークベース４０、２つのマグネット４１、ゲルボックス４３を含む。ヨークベース４０はピックアップ１２本体に固定されている。レンズアクチュエータ可動部５０は２つのマグネット４１の間に配置され、ヨークベース４０に固定されたゲルボックス４３から延長されたサスペンションワイヤ３９により保持される。

図３はレンズアクチュエータ可動部５０の構造を示し、図４はレンズホルダ４２の構造を示す図である。

レンズホルダ４２にはレンズホルダ４２を取り囲むように２個のラジアルチルトコイル４５が巻きつけられ、レンズホルダ４２の両側に、それぞれ２個のフォーカスコイル４３、２個のトラッキングコイル４４が設けられている。レンズホルダ４２両側のフォーカスコイル４３及びトラッキングコイル４４は中継基板４６を介して接続されている。

図５は対物レンズアクチュエータ用磁気回路、つまりマグネットとコイルの位置関係を示す図である。図６はフォーカスコイル結線図、図７はトラッキングコイル結線図、図８はラジアルチルトコイル結線図である。マグネット４１ａ側のフォーカスコイル４３ａ、４３ｂ及びトラッキングコイル４４ａ、４４ｂの配置は、マグネット４１ｂ側のフォーカスコイル４３ｃ、４３ｄ及びトラッキングコイル４４ｃ、４４ｃの配置と同一である。

４個のフォーカスコイル４３ａ〜４３ｄは互いに直列接続され、フォーカス制御回路２８から駆動電流が供給される。４個のトラッキングコイル４４ａ〜４４ｄも互いに直列接続され、トラッキング制御回路３０から駆動電流が供給される。更に２個のラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂも互いに直列接続され、ラジアルチルト制御回路３２から駆動電流が供給される。

次にマグネットの着磁配置及び着磁方向について説明する。

マグネットは図９（ａ）のように直方体の形状をしており、向かい合う面の各辺の中点同士を結んだ直線によって４つの領域に分割され、厚さ方向を着磁方向として着磁されている。図９（ｂ）のように隣り合う領域の磁極が互いに逆になるように着磁されている。マグネット４１ａ、４１ｂは対物レンズやレンズホルダを挟むようにして配置される。各マグネットの大きさは、９ｍｍ×６ｍｍ×２．５ｍｍ程度である。

また、アクチュエータをフォーカス、トラッキング、ラジアルチルト方向に駆動させるためには、マグネットは図９に示す組み合わせでなければならない。この２枚のマグネットは、領域の分割の仕方はまったく同じであるが、着磁パターンはまったく正反対となっており、この２枚は別々に製造する必要がある。尚、点Ｃｍは各マグネット４１ａ、４１ｂの中心を結ぶ中心線Ｌｍ上に存在する点であって、点Ｃｍから各マグネット４１ａ、４１ｂまでの距離は同一である。ここでは中心点Ｃｍをレンズアクチュエータの中心と呼ぶこととする。

次に、フォーカスコイル及びトラッキングコイルの配置について説明する。

フォーカスコイル及びトラッキングコイルはそれぞれ片面に２個ずつ配置される。図１０はレンズアクチュエータの中心Ｃｍ（図９（ａ）参照）から、つまりマグネットの着磁方向に平行な方向から、マグネット４１ａ側を見たときの側面図である。以下、マグネット４１ａ、フォーカスコイル４３ａ、４３ｂ、トラッキングコイル４４ｂについて説明するが、レンズアクチュエータの中心Ｃｍからマグネット４１ｂ側を見たときも、マグネットの着磁位置が逆であることを除き、コイルの配置は同一である。

フォーカスコイル４３ａ、４３ｂは左右に、トラッキングコイル４４ａ、４４ｂは上下に配置される。フォーカスコイル４３ａ、４３ｂの中心Ｃ２、Ｃ２を結ぶ直線と、トラッキングコイル４４ａ、４４ｂの中心Ｃ３、Ｃ４を結ぶ直線が十字を形成するようにコイルは配置される。又、レンズアクチュエータ中心Ｃｍから見て、フォーカスコイル４３ａ、４３ｂの中心Ｃ１、Ｃ２を結ぶ直線が、マグネット４１ａを上下に分ける境界線Ｌ１と重なるように、コイルが配置される。又、レンズアクチュエータ中心から見て、トラッキングコイル４４ａ、４４ｂの中心Ｃ３、Ｃ４を結ぶ直線が、マグネット４１ａを左右に分ける境界線Ｌ２と重なるように、コイルが配置される。

次にフォーカスコイルの駆動原理について説明する。

図１１はフォーカスコイルの駆動原理を説明するための図、図１２はレンズアクチュエータを図５の”Ａ”に示す側から見たときのマグネットが発生する磁場のベクトル線図である。フォーカスコイル４３ａ、４３ｂに図１１のようにコイル電流を流すことを考える。フォーカスコイルの正面にあるマグネット４１ａが発生している磁界は、図１２に示すようにちょうどコイルと垂直になっており、その方向はＮ極ではマグネットからコイルの方向を、Ｓ極ではコイルからマグネットの方向となっている。このモデルにフレミング左手の法則を適用すると、図１１の左右のフォーカスコイル４３ａ、４３ｂでは、水平面に平行な４つの辺には、太線矢印のように全て垂直上方向のローレンツ力が働くことになる。尚、垂直面に平行な４つの辺についても、細線矢印のようにそれぞれ水平方向にローレンツ力が発生するが、これらの力はお互いに打ち消しあい、垂直上方向に働く合力に影響を与えることはない。この原理により、アクチュエータ可動部をフォーカス方向に駆動することができる。

尚、図１１では片側のフォーカスコイル４３ａ、４３ｂ、及びマグネット４１ａの磁場について考えたが、対物レンズをはさんで反対側にあるフォーカスコイル４３ｃ、４３ｄ、マグネット４１ｂについても同様の配置となっており、まったく同様の原理により、フォーカス方向への駆動力を発生させることができる。

次に、トラッキングコイル駆動原理を説明する。

図１３はトラッキングコイルの駆動原理を示すための図である。トラッキングコイル４４ａ、４４ｂに図１３のようにコイル電流を流すことを考える。トラッキングコイル４４ａ、４４ｂの正面にあるマグネット４１ａが発生している磁界は、図１２のようにちょうどコイルと垂直になっており、その方向はＮ極ではマグネットからコイルの方向を、Ｓ極ではコイルからマグネットの方向となっている。このモデルにフレミング左手の法則を適用すると、図１３の上下のトラッキングコイル４４ａ、４４ｂでは、垂直面に平行な４つの辺には、太線矢印のように全て水平右方向のローレンツ力が働くことになる。尚、水平面に平行な４つの辺についてもそれぞれ垂直方向にローレンツ力が発生するが、これらの力はお互いに打ち消しあい、水平右方向に働く合力に影響を与えることはない。この原理により、アクチュエータ可動部をトラッキング方向に駆動することができる。

図１３では片側のトラッキングコイル４４ａ、４４ｂ、マグネット４１ａの磁場について考えたが、対物レンズをはさんで反対側にあるトラッキングコイル４４ｃ、４４ｄ、マグネット４１ｂについても同様の配置となっておりまったく同僚の原理によって、フォーカス方向への駆動力を発生させることができる。

尚、図中矢印Ｆはフォーカシング方向、矢印Ｔはトラッキング方向である。従って、マグネット４１の着磁方向は、フォーカシング方向及びトラッキング方向に直交する方向である。

次に、ラジアルチルトコイル駆動原理を説明する。

図１４はラジアルチルトコイルの駆動原理を示すための図である。ラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂは２つのマグネット４１ａ、４１ｂの間に、対物レンズおよびレンズホルダを取り囲むようにして配置されている。又、ラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂは、トラッキング方向Ｔに延長された辺Ｌ３と、フォーカス方向Ｆ及びトラッキング方向Ｔに直交する方向Ｐに延長された辺４を含む。

図１４において、ラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂのマグネットに平行な辺Ｌ３では、マグネットの着磁パターンにより、各辺の右側と左側で逆方向の磁界が作用していることになる。この状態でコイルに電流を図１４の方向に流すと、磁界の向きと電流の向きから、フレミング左手の法則により、ラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂのマグネットに平行な辺では、太線矢印のように右側と左側で上下逆方向のローレンツ力が発生する。これらの力が偶力となり、対物レンズアクチュエータの可動部をラジアルチルト方向に傾けるトルクを発生させることができる。尚、図１４では片方のマグネット４１ａとラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂの片方の辺についてのみローレンツ力発生メカニズムを示してあるが、対物レンズをはさんで反対側にあるラジアルチルトコイル４５ａ、４５ｂの辺、マグネット４１ｂについてもまったく同様の原理によって、トルクを発生させることができる。

図１５は本発明を適用したレンズアクチュエータの可動部の傾き特性を示す図である。図５では、対物レンズをトラッキング方向に±０．２ｍｍのオフセット変位を与えた状態で、フォーカス方向に±０．４ｍｍ変位させたときの対物レンズの傾き（ラジアルチルト角）を示す。

対物レンズアクチュエータでは一般に、対物レンズをフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動すると、磁気回路の中心からコイルがずれ、不要な方向への力が増大し、対物レンズアクチュエータ可動部を傾ける現象が発生する。しかし本発明の磁気回路ではマグネットの着磁パターンとフォーカス、トラッキングコイルの配置を工夫することにより、図１５のように対物レンズの傾きを小さく抑えている。

以上のように本発明によれば、直方体のマグネットを田の字型に領域分割、着磁し、フォーカスコイル、トラッキングコイルを十字型に配置することにより、各フォーカスコイル、各トラッキングコイルについては２辺から駆動力を出すことができ、小型で高駆動感度のアクチュエータを作ることができる。また、磁界の方向、大きさの変化が小さくなり駆動時の対物レンズの傾き角が小さく押さえられるようになった。

本発明に係る対物レンズアクチュエータが適用される光ディスク装置の構成例を示す図である。 対物レンズアクチュエータ１８の全体的な構造を示す図である。 レンズアクチュエータ可動部５０の構造を示す図である。 レンズホルダ４２の構造を示す図である。 対物レンズアクチュエータ用磁気回路を示す図である。 フォーカスコイルの結線図である。 トラッキングコイルの結線図である。 ラジアルチルトコイルの結線図である。 マグネット４１ａ、４１ｂの着磁位置及び着磁方向を示す図である。 レンズアクチュエータの中心Ｃｍからマグネット４１ａ側を見たときの側面図である。 フォーカスコイルの駆動原理を説明するための図である。 レンズアクチュエータを図５の”Ａ”に示す側から見たときのマグネットが発生する磁場のベクトル線図である。 トラッキングコイルの駆動原理を示すための図である。 ラジアルチルトコイルの駆動原理を示すための図である。 本発明を適用したレンズアクチュエータの可動部の傾き特性を示す図である。

Claims (5)

1. 光ディスクの情報記録面上にレーザ光を集光させるための対物レンズを、フォーカス方向、トラッキング方向及びラジアルチルト方向にそれぞれ駆動するレンズアクチュエータであって、
   第１及び第２のマグネットを含む固定部と、
   前記第１及び第２のマグネットの間に配置され、前記対物レンズ、フォーカスコイル、トラッキングコイル及びラジアルチルトコイルを含む可動部とを備え、
   各マグネットは、複数の領域に分割され、隣り合う領域がそれぞれＮＳ逆極性となるように着磁され、着磁方向が前記フォーカス方向及びトラッキング方向に対して直交する方向であることを特徴とする対物レンズアクチュエータ。
2. 前記可動部の側面に、２つのフォーカスコイルが第１の方向に配置され、２つのトラッキングコイルが前記第１の方向とは直交する第２の方向に配置され、各フォーカスコイルの中心を結ぶ線分と、各トラッキングコイルの中心を結ぶ線分は十字をなすことを特徴とする請求項１記載の対物レンズアクチュエータ。
3. 前記フォーカスコイル及び前記トラッキングコイルは、前記マグネットの着磁方向から見たときに、前記フォーカスコイルの中心及び前記トラッキングコイルの中心が、前記分割された領域の境界線に重なるように配置されていることを特徴とする請求項２記載の対物レンズアクチュエータ。
4. 前記ラジアルチルトコイルは、前記可動部を取り囲むように設けられ、前記トラッキング方向に延長された辺と、前記フォーカス方向及びトラッキング方向に直交する方向Ｐに延長された辺を含むことを特徴とする請求項２記載の対物レンズアクチュエータ。
5. 光ディスクの情報記録面上にレーザ光を集光させるための対物レンズを、フォーカス方向、トラッキング方向及びラジアルチルト方向にそれぞれ駆動するものであって、第１及び第２のマグネットを含む固定部と、前記第１及び第２のマグネットの間に配置され、前記対物レンズ、フォーカスコイル、トラッキングコイル及びラジアルチルトコイルを含む可動部とを備え、各マグネットは、複数の領域に分割され、隣り合う領域がそれぞれＮＳ逆極性となるように着磁され、着磁方向が前記フォーカス方向及びトラッキング方向に対して直交する方向である対物レンズアクチュエータと、
   前記対物レンズアクチュエータを用いて、前記レーザ光のフォーカスを制御するフォーカス制御手段と、
   前記対物レンズアクチュエータを用いて、前記レーザ光のトラッキングを制御するトラッキング制御手段と、
   前記対物レンズアクチュエータを用いて、前記レーザ光のラジアルチルトを制御するラジアルチルト制御手段と、
   を具備することを特徴とする光ディスク装置。

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