JP2002116362A - あおり機構を有する光学素子とその製造方法及び光学装置 - Google Patents

あおり機構を有する光学素子とその製造方法及び光学装置

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JP2002116362A
JP2002116362A JP2000310080A JP2000310080A JP2002116362A JP 2002116362 A JP2002116362 A JP 2002116362A JP 2000310080 A JP2000310080 A JP 2000310080A JP 2000310080 A JP2000310080 A JP 2000310080A JP 2002116362 A JP2002116362 A JP 2002116362A
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electrode
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lens
electrode substrate
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Koichi Otaka
剛一 大高
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Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量で構造が単純であるとともに高速で光軸を
変位させる。 【解決手段】レンズ11のあおり機構を、レンズ11を
支持し共通電極となる梁基板13と、梁基板13を挾ん
で設けられた第1の電極基板15と第2の電極基板17
とで構成する。梁基板13と第1の電極基板15間の静
電力と、梁基板13と第2の電極基板17間の静電力で
梁基板13のレンズ11を支持する梁12を局部的に変
形させてレンズ11の光軸22を変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば光ディス
クの信号を検出する光ピックアップのレンズやフォトダ
イオード,光ファイバのカップリングレンズ等の光軸を
変位するあおり機構を有する光学素子とその製造方法及
びあおり機構を有する光学素子を使用した光学装置、特
に光軸の調整の容易化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば光ディスクの信号を検出する光ピ
ックアップでトラッキングを調整するために、例えば特
公平6−19844号公報に示すように、光ピックアッ
プ全体を動かしたり、あおり機構によりレンズの光軸を
変位させたりしている。レンズの光軸を変位させるあお
り機構のアクチュエータとしてはムービング・コイルと
永久磁石及び磁性体を用いたムービング・コイル型モー
タが主として使われている。また、特許第275753
9号公報に示された浮上型光ヘッドは、複数枚のレンズ
を組み合わせたリレーレンズを用いてトラッキング調整
を行なったり、特開平5−94628号公報に示すよう
に、リニアモータを用いてトラッキング調整を行なった
りしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように光ピック
アップでトラッキングを調整するために光ピックアップ
全体を動かしていると、光ピックアップの移動機構が非
常に複雑になってしまう。また、レンズの光軸を変位さ
せるために、ムービングコイルのアクチュエータを使用
したり、リレーレンズやリニアモータを使用した場合
は、いずれも重量が重く、浮上型光ヘッドには不向きで
あった。さらに、高速のトラッキング調整を行うために
はレンズの光軸を高速で変位させる必要があるが、いず
れの場合も重量が重いために慣性が大きく、レンズの光
軸を高速で変位させることは困難であった。また、ムー
ビングコイル等のアクチュエータ自体も構造が複雑なた
め、実装組立が複雑にあるという短所もあった。
【0004】この発明はかかる短所を改善し、軽量で構
造が単純であるとともに高速で光軸を変位させることが
できるあおり機構を有する光学素子とその製造方法及び
光学装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係るあおり機
構を有する光学素子は、光学素子を支持するとともに共
通電極となる支持基板と、支持基体を挾んで設けられた
第1の電極基板と第2の電極基板とを有し、支持基板を
静電力により局部的に変形させることを特徴とする。
【0006】上記支持基板に光学素子を支持する複数本
の梁を有することが望ましい。
【0007】また、第1の電極基板と第2の電極基板の
電極領域を支持基板と空隙をおいて設けると良い。
【0008】さらに、第1の電極基板と第2の電極基板
の電極領域と支持基板との間の空隙を光学素子から離れ
るにしたがって狭くすることが望ましい。
【0009】また、支持基板を光学素子の保持部側が小
さくなるくさび状の断面になるように形成すると良い。
【0010】さらに、支持基板と光学素子を1体に形成
することが望ましい。
【0011】この発明のあおり機構を有する光学素子の
製造方法は、第1の基板をエッチング処理して光学素子
を支持基板と一体に作成し、第2,第3の基板をエッチ
ング処理して電極を設ける凹部と光学素子の光路を形成
する開口を形成し、凹部に複数の電極領域を形成して第
1の電極基板と第2の電極基板を作成し、第1の電極基
板と第2の電極基板の電極の位置合わせをして支持基板
の両側に第1の電極基板と第2の電極基板を貼り合わせ
たことを特徴とする。
【0012】この発明の光学装置は、上記あおり機構を
有する光学素子を有することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明のあおり機構を有するレ
ンズは、レンズと、レンズの外周方向に等角度で設けら
れ、レンズを保持する複数本の梁を有し、共通電極を構
成する梁基板と、梁基板の上部に梁と一定間隔の空隙を
おいて設けられた第1の電極基板と、梁基板の下部に梁
と一定間隔の空隙をおいて設けられた第2の電極基板と
を有する。第1の電極基板の空隙を隔てて梁と対向する
下面にはそれぞれ電極が設けられ、第2の電極基板の空
隙を隔てて梁と対向する上面にもそれぞれ電極が設けら
れている。そして第1の電極基板と第2の電極基板の各
電極と梁基板との間に加えられる電圧を変えて梁基板の
各梁に加えられる静電力を局部的に変えて一部の梁を撓
ませて梁基板で保持しているレンズの光軸を変位させ
る。
【0014】
【実施例】図1はこの発明の一実施例の構成図である。
図に示すように、光ディスク50に情報を記録したり、
光ディスク50に記録された情報を読み取る光ピックア
ップの光学系1はレーザ光源としての半導体レーザ素子
(以下、LDという)2と、コリメータレンズ3と、ビ
ーム整形用プリズム4と、偏光ビームスプリッタ5と、
1/4波長板6と、あおり機構付の対物レンズ7と、検
出用集光レンズ8と、光路分割素子9及びフォトディテ
クタ(以下、PDという)10を主体に構成されてい
る。
【0015】LD2から出射された直線偏光のレーザ光
はコリメータレンズ3によってほぼ平行光とされ、偏光
ビームスプリッタ5と1/4波長板6とで構成される光
アイソレータにおいて直線偏光から円偏光に変換され
る。円偏光に変換されたレーザ光は、あおり機構付の対
物レンズ7により集光され、光ディスク50の記録面上
に光スポットの状態で照射される。このようにLD2か
らレーザ光を出射するときに、通常、LD2は活性層に
対して水平な方向と垂直な方向で出射角が異なり、コリ
メータレンズ3からのコリメータ光は楕円型となるが、
必要に応じてビーム整形プリズム4によりコリメータ光
を円形にしてあおり機構付の対物レンズ7におけるカッ
プリング効率の向上を図っている。光ディスク50の記
録面からの反射光はあおり機構付の対物レンズ7を通
り、1/4波長板6により偏光方向を90度回転した直線
偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ5により検
出用集光レンズ8の方向に反射される。この反射光は検
出用集光レンズ8により集光され、光路分割素子9で分
割されたPD10に入射する。PD10は光ディスク5
0の記録面上にマークを有するか否かにより生じる反射
率の違いに応じて変化する反射光の出力量を検出する。
また、PD10はフォーカスエラー信号やトラッキング
エラー信号の検出も行ない、常に、フォーカシングとト
ラッキングが行えるように、検出したエラー信号をフィ
ードバックしてあおり機構付の対物レンズ7の光軸を変
位させて常に焦点位置を保持し、トラック溝を追従して
記録信号の記録や再生又は消去が行われる。このフォー
カシングエラー検出方法は検出用集光レンズ8の後に設
けた光路分割素子9で検出用集光レンズ8を通過した光
の光路を2分割し、それぞれのビームサイズを検出する
ダブルビームサイズ法のほかに非点収差法やダブルナイ
フエッジ法などがある。
【0016】この光ピックアップでトラッキングを調整
するあおり機構付の対物レンズ7は、図2(a)の断面
図に示すように、レンズ11と、図2(b)に示すよう
に、レンズ11の外周方向に等角度で設けられ、レンズ
11を保持する複数、例えば4本の梁12a〜12dを
有し、共通電極を構成する梁基板13と、梁基板13の
上部に梁12a〜12dと一定間隔の空隙14をおいて
設けられた第1の電極基板15と、梁基板13の下部に
梁12a〜12dと一定間隔の空隙16をおいて設けら
れた第2の電極基板17と、電源18及び切換制御部1
9を有する。第1の電極基板15の空隙14を隔てて梁
12a〜12dと対向する下面にはそれぞれ電極20a
〜20dが設けられ、第2の電極基板17の空隙16を
隔てて梁12a〜12dと対向する上面にはそれぞれ電
極21a〜21dが設けられている。切換制御部19は
第1の電極基板15の各電極20a〜20dと第2の電
極基板15の各電極21a〜21dとの接続を個々に切
り換え、共通電極を構成する梁基板13と各電極20a
〜20d,21a〜21d間に電源18から供給される
電圧を印加するとともに、印加する電圧を可変する。
【0017】上記のように構成されたあおり機構付の対
物レンズ7において、切換制御部19から梁基板13と
第1の電極基板15の各電極20a〜20dとの間と、
梁基板13と第2の電極基板17の各電極21a〜21
dに電圧を印加していないときは、図2(a)に示すよ
うに、レンズ11の光軸22は垂直方向であるZ軸方向
に沿っている。この状態で例えば図3に示すように、梁
基板13と第1の電極基板15の電極20aに電圧を印
加すると、梁基板13の梁12aと第1の電極基板15
の電極20aの間に静電力が作用し、梁12aは電極2
0aに引き付けられて上方向に撓む。同時に梁基板13
と第2の電極基板17の電極21cに電圧を印加する
と、梁基板13の梁12cと第2の電極基板17の電極
21cの間に静電力が作用し、梁12cは電極21cに
引き付けられて下方向に撓む。このように梁12aと梁
12cが逆方向に撓むと、図3に示すように、梁12a
〜12dで保持されているレンズ11が傾き、レンズ1
1の光軸22がZ方向から一定角度αだけ傾き、光軸2
2があおられる。このレンズ11の光軸22の変位角α
は切換制御部19から印加する電圧を可変することによ
り、任意の角度に可変することができる。
【0018】このようにしてレンズ11を固定している
梁12a〜12dを静電力により撓ませることによりレ
ンズ11の光軸22を任意の方向にあおることができ、
光ピックアップの光学系1のトラッキング調整を精度良
く行なうことができる。
【0019】上記実施例では梁基板13と第1の電極基
板15の電極20aの間と梁基板13と第2の電極基板
17の電極21cの間に電圧を印加して梁12aと梁1
2cを逆方向に撓めた場合について説明したが、第1の
電極基板15と第2の電極基板17の梁12a〜12d
を挾んで対向している電極、例えば電極20a,21a
と梁基板13の間に電圧を印加し、この印加する電圧を
変えることにより梁12aに加えられる静電力に差を持
たせて梁12aを撓ませるようにしても良い。
【0020】また、あおり機構付の対物レンズ7に使用
するレンズ11は凸レンズや凹レンズ,非球面レンズ等
のいずれでも良い。また、レンズ11と梁基板13を別
個に作成した後に組み立てて一体化できるが、レンズ1
1と梁基板13を同じ材料で一体に形成することもでき
る。特にレンズ11の寸法が小さい例えばマイクロレン
ズ等の微小レンズの場合には、マイクロマシニングの手
法を用い、レンズ11と梁基板13を一体に形成するほ
うが望ましい。また、梁基板13の材料や各梁12a〜
12dの寸法は固定するレンズ11の寸法や重量及びレ
ンズ11のあおりの範囲や静電力を発生させるのに用い
る電圧などから決めると良い。また、共通電極としての
梁基板13には金属材料で電極を形成しても良いし、梁
基板13を半導体材料で形成する場合には、不純物を注
入/拡散して低抵抗化して梁基板13自体を電極として
も良い。また、第1の電極基板15と第2の電極基板1
7の材料としては金属材料や合成樹脂,ガラス,半導体
材料等を用いることができる。第1の電極基板15と第
2の電極基板17を金属材料や半導体で形成した場合は
梁基板13との接合面を絶縁しておけば良い。また、第
1の電極基板15と第2の電極基板17をシリコンなど
の半導体材料で形成した場合は、伝導型の異なる不純物
を拡散し、pn接合により各電極20a〜20d,21
a〜21dを形成することもできる。この梁基板13及
び第1の電極基板15と第2の電極基板17の電極20
a〜20d,21a〜21dはワイヤーボンディングあ
るいは異方性導電材料等により外部に電気的に接続でき
るように形成されている。
【0021】上記実施例はレンズ11を梁基板13を複
数の梁12a〜12dで保持した場合について説明した
が、図4の平面図に示すように、内周面が円形に形成さ
れた円輪基板23でレンズ11の外周全体を保持し、第
1の電極基板15と第2の電極基板17の電極20a〜
20d,21a〜21dの間に印加する電圧により生じ
る静電力で円輪基板23を局部的に変位させるようにし
ても良い。また、第1の電極基板15と第2の電極基板
17にそれぞれ4個の電極20a〜20d,21a〜2
1dを形成した場合について説明したが、図5の平面図
に示すように、第1の電極基板15と第2の電極基板1
7にそれぞれ4個以上の電極20,21を形成すること
により、レンズ11の光軸22の角度変位をより精度良
く調整することができる。
【0022】さらに、図6の断面図に示すように、梁基
板13の梁12a〜12d又は円輪基板23の内周側を
レンズ11に近づくにしたがって厚さが薄くなるように
形成し、梁基板13の梁12a〜12d又は円輪基板2
3の内周側と第1の電極基板15の電極20a〜20d
との間の空隙14と、梁基板13の梁12a〜12d又
は円輪基板23の内周側と第2の電極基板17の電極2
1a〜21dとの間の空隙17がレンズ11から離れる
にしたがって狭くなるように形成しても良い。このよう
に梁基板13の梁12a〜12d又は円輪基板23の内
周側をレンズ11に近づくにしたがって薄くなるように
形成し、空隙14,17の間隔を変えることにより、電
圧を印加したときに、梁基板13の梁12a〜12d又
は円輪基板23の内周側は空隙14,17の狭い部分か
ら撓み始め、より低い電圧でレンズ11をあおることが
できる。
【0023】また、上記実施例は第1の電極基板15と
第2の電極基板17の電極20a〜20d,21a〜2
1dを空隙14,17側に設けた場合について説明した
が、図7の断面図に示すように、各電極20a〜20
d,21a〜21dを第1の電極基板15と第2の電極
基板17の空隙14,17と反対側に設けても良い。
【0024】次ぎにあおり機構付の対物レンズ7のレン
ズ11とあおり機構の作成方法を図8の工程図を参照し
て説明する。図8において(A)は断面図、(B)は平
面図である。
【0025】まず、図8(a)に示すように、レンズ1
1と梁基体13とを一体に形成する平板状の基板31を
形成する。この基体31は、レンズ11を紫外領域から
可視領域の光に使用する場合は、光学ガラスや石英ガラ
ス等を用い、赤外領域の光に使用する場合は、光学ガラ
スや石英ガラスのほかに半導体材料や導電性材料を用い
ても良い。この基体31にフォトリソグラフィとドライ
エッチング処理を行ない、図8(b)に示すように、レ
ンズ11と梁12a〜12dを有する梁基板13を形成
する。このレンズ11と梁基板13を形成するときに面
積階調のパターンを形成したフォトマスクあるいはレジ
スト材料の熱変形手法などを用いることにより、レンズ
11形状や梁12a〜12dの形状を形成することがで
きるとともに厚さの変化した梁12a〜12dを形成す
ることができる。そして梁基板13に電極を設ける場合
は電極32を形成する。また、基板31を半導体材料や
導電性材料で形成する場合には梁基板13自体を電極と
して用いることもできる。次ぎに、図8(c)に示すよ
うに、第1の電極基板15と第2の電極基板17を形成
する平板状の基板33を、透光性のガラスやシリコンな
どの半導体材料又はセラミック材料などでそれぞれ形成
する。そして、この基板33にフォトリソグラフィとド
ライエッチング処理を行ない、図8(d)に示すよう
に、空隙14と電極20の取付部を形成する凹部34を
形成し、レンズ11の光路となる開口35を形成して第
1の電極基板15を作成する。この第1の電極基板15
の凹部34を形成するときに、面積階調のパターンを形
成したフォトマスクあるいはレジスト材料の熱変形手法
などを用いれば凹部3の底面に傾斜を設けて非平行な空
隙14を形成することができる。また、レンズ11の光
路となる開口35はドライエッチングで形成できるが、
基板33をシリコンで形成した場合には水酸化カリウム
溶液などによる異方性エッチングによっても開口35を
形成することができる。そして第1の電極基板15の凹
部34の底面の所定の位置に電極20a〜20dを形成
する。この電極20a〜20dの材料としては金属材料
が広く使用できるが、基板33が導電性材料で形成され
た場合は、基板33に絶縁膜を介して電極20a〜20
dを形成する。また、基板33がシリコンなどの半導体
材料の場合には伝導型の異なる不純物を注入/拡散して
pn接合を形成して電極20a〜20dの領域を形成し
ても良い。同様にして、図8(e)に示すように、第2
の電極基板17を作成して電極21a〜21dを形成す
る。その後、レンズ11を1体に形成した梁基板13の
梁12a〜12dと第1の電極基板15の電極20a〜
20d及び第2の電極基板17の電極21a〜21dの
位置合わせをして、図8(f)に示すように、梁基板1
3に第1の電極基板13と第2の電極基板17を接着剤
あるいは直接接合や陽極接合により貼り合わせて1体化
してレンズ11とあおり機構を形成する。このようにし
てレンズ11と1体化したあおり機構を容易に形成する
ことができる。
【0026】また、内周面が円形に形成されたレンズ1
1の外周全体を保持する円輪基板23も上記梁基板13
と同様にして形成して第1の電極基板13と第2の電極
基板17と一体化すれば良い。
【0027】上記実施例は光学素子としてレンズ11を
使用した場合について説明したが、ミラーやプリズム等
の光学素子にも同様に適用してミラーやプリズム等をあ
おることができる。
【0028】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、光学素
子を支持する支持基板を静電力により局部的に変形させ
て光学素子をあおるようにしたから、光学素子を精度良
くあおることができる。
【0029】また、光学素子のあおり機構を、光学素子
を支持し共通電極となる支持基板と、支持基体を挾んで
設けられた第1の電極基板と第2の電極基板とで構成す
ることにより、部品の少なく軽量で簡単なあおり機構に
することができる。
【0030】また、支持基板に光学素子を支持する複数
本の梁を設けることにより、光学素子を簡単にあおるこ
とができるとともにあおり範囲をより大きく制御するこ
とができる。
【0031】また、第1の電極基板と第2の電極基板の
電極領域を支持基板と空隙をおいて設け、第1の電極基
板と第2の電極基板の電極領域に加える電圧を可変する
ことにより、支持基板に加える静電力を可変して支持基
板を任意に撓めることができ、光学素子のあおり量を精
度良く制御することができる。
【0032】さらに、第1の電極基板と第2の電極基板
の電極領域と支持基板との間の空隙を光学素子から離れ
るにしたがって狭くしり、支持基板を光学素子の保持部
側が小さくなるくさび状の断面になるように形成するこ
とにより、光学素子のあおり量をより精度良く制御する
ことができる。
【0033】また、支持基板と光学素子を1体に形成す
ることにより、光学素子を確実に支持することができる
とともに、あおり機構を簡略化することができる。
【0034】また、第1の基板をエッチング処理して光
学素子を支持基板と一体に作成し、第2,第3の基板を
エッチング処理して電極を設ける凹部と光学素子の光路
を形成する開口を形成し、凹部に複数の電極領域を形成
して第1の電極基板と第2の電極基板を作成し、第1の
電極基板と第2の電極基板の電極の位置合わせをして支
持基板の両側に第1の電極基板と第2の電極基板を貼り
合わせしてあおり機構を有する光学素子を製造すること
により、あおり機構を有する光学素子を簡単に作成する
ことができる。
【0035】さらに、このあおり機構を有する光学素子
を光学装置に設けることにより、光学装置を小型化でき
るとともに、光学素子を精度良くあおることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の光ピックアップの光学系の
構成図である。
【図2】上記実施例のあおり機構付の対物レンズの構成
図である。
【図3】あおり機構付の対物レンズの動作を示す断面図
である。
【図4】第2のあおり機構付の対物レンズの平面図であ
る。
【図5】第3のあおり機構付の対物レンズの平面図であ
る。
【図6】第4のあおり機構付の対物レンズの構成を示す
断面図である。
【図7】第5のあおり機構付の対物レンズの構成を示す
断面図である。
【図8】あおり機構付の対物レンズの製造方法を示す工
程図である。
【符号の説明】
1;光ピックアップの光学系、2;LD、3;コリメー
タレンズ、4;ビーム整形用プリズム、5;偏光ビーム
スプリッタ、6;1/4波長板、7;あおり機構付の対
物レンズ、8;検出用集光レンズ、9;光路分割素子、
10;PD、11;レンズ、12;梁、13;梁基板、
14;空隙、15;第1の電極基板、16;空隙、1
7;第2の電極基板、18;電源、19;切換制御部、
20;電極、21;電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11B 7/22 G11B 7/22

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学素子を支持するとともに共通電極と
    なる支持基板と、支持基体を挾んで設けられた第1の電
    極基板と第2の電極基板とを有し、支持基板を静電力に
    より局部的に変形させることを特徴とするあおり機構を
    有する光学素子。
  2. 【請求項2】 上記支持基板に光学素子を支持する複数
    本の梁を有する請求項1記載のあおり機構を有する光学
    素子。
  3. 【請求項3】 上記第1の電極基板と第2の電極基板の
    電極領域を支持基板と空隙をおいて設けた請求項1又は
    2記載のあおり機構を有する光学素子。
  4. 【請求項4】 上記第1の電極基板と第2の電極基板の
    電極領域と支持基板との間の空隙を光学素子から離れる
    にしたがって狭くした請求項3記載のあおり機構を有す
    る光学素子。
  5. 【請求項5】 上記支持基板は光学素子の保持部側が小
    さくなるくさび状の断面になるように形成した請求項3
    又は4記載のあおり機構を有する光学素子。
  6. 【請求項6】 上記支持基板と光学素子を1体に形成し
    た請求項1乃至5のいずれかに記載のあおり機構を有す
    る光学素子。
  7. 【請求項7】 第1の基板をエッチング処理して光学素
    子を支持基板と一体に作成し、第2,第3の基板をエッ
    チング処理して電極を設ける凹部と光学素子の光路を形
    成する開口を形成し、凹部に複数の電極領域を形成して
    第1の電極基板と第2の電極基板を作成し、第1の電極
    基板と第2の電極基板の電極の位置合わせをして支持基
    板の両側に第1の電極基板と第2の電極基板を貼り合わ
    せたことを特徴とするあおり機構を有する光学素子の製
    造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至6に記載のあおり機構を有
    する光学素子を有することを特徴とする光学装置。
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