JP2011159339A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
可変焦点レンズアクチュエータにおいて小型、低消費電力で多様な球面収差を補正できる可変焦点レンズアクチュエータを提供する。
【解決手段】
可変焦点レンズアクチュエータは照射される光を透過する剛性膜と、この剛性膜と透明変形膜との間を満たす透明液体と、磁界が加えられることで透明変形膜に撓む力を付与する磁性力付与部材と、電流が印加されることにより磁性力付与部材に磁界を加えて透明変形膜を所望形状に撓ませる電磁石構造体と、光が透過するレンズ領域と、透明液体の予備領域と、レンズ領域と予備領域の間に流れる透明液体に方向依存性のある流れ抵抗を持つ流路とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ等に搭載される光学素子に関する。

近年、インターネットの普及や画像の高画質化等に伴う電子情報量の増加が著しいこのことから、主要な情報記録媒体の１つである光ディスクは高密度化の一途をたどっている。

一般に高密度化する方式としては、対物レンズの開口数増加と波長を短波長化することで集光した光スポットサイズを縮小化する方式や、記録層を多層化する方式などが採用されている。しかしながら開口数を増加することに伴い、ディスク面と記録層間距離の誤差変動によって生じる球面収差が急激に増大することになってしまっている。

また、記録層多層化によりディスク面と各記録層間との距離が数１０マイクロメートル異なるため、正常な記録・再生動作を実現するためにはこれらにより生じる球面収差を補正する機構が必須となる。

球面収差を補正する従来技術として、例えば特許文献１には光ピックアップにおいて球面収差を補正するレンズをアクチュエータで光軸方向に対して平行に移動させる技術が開示されている。

また、特許文献２には光ピックアップにおいて光の位相差を発生させる透過型液晶素子を用い、ディテクタからの信号により球面収差を補正する技術が開示されている。

さらに、球面収差を補正するためにはレンズの焦点距離を可変とすることも有効であり、特許文献３では、内部に液体を満たしたレンズを電磁力で変形させて焦点距離を変化させる技術が開示されている。

特開２００３−４５０６７号公報 特開２０００−５７６１６号公報 特開昭６０−２２０３０１号公報

特許文献１に示した例では、次世代光記録の多層化に伴い、大きな球面収差がさらに生じることになる。そのため、その補正にはレンズの光軸方向へのさらに大きな平行移動が必要となる。例えば、４層以上になると、補正のためにレンズを光軸方向へ数ｃｍ移動させなければならない場合がある。また、本例では球面収差補正機構が複雑であることから設置スペースが大きくなる。したがって、小型・薄型化が必須である光ピックアップでは球面収差補正するための機構部品配置スペース確保が困難になるという問題がある。

また特許文献２に示した例では、液晶素子が使用環境温度によって電圧−光透過度の特性が異なる問題があり、また球面収差補正には液晶素子に多数の電極が必要となる。さらに、制御が困難で光ピックアップ全体の電極数が増大するという問題がある。

さらに特許文献３に示した例では、可変レンズの駆動電極が少なく、レンズの焦点距離はレンズ上面に固定した磁性体を下部の電磁石で引き付けるだけの簡易な構造となっているため小型化には適している。しかしながら、レンズ上面に固定した磁性体と電磁石との距離が離れているため大きな力が発生しにくいという問題がる。またレンズ形状維持には電磁石に継続的に電流を流す必要があり、消費電力が大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、小型かつ簡易な制御で多様な球面収差を低消費電力で補正できる光学素子を提供することにある。

上記目的は、２枚の透明部材との間にスペーサを介して形成された空間と、この空間に封入された透明液体と、前記透明部材のいずれか一方に取り付けられた磁性部材と、この磁性部材を動作させる電磁石とを備え、この電磁石に電流を流して前記透明部材を動作させる光学素子において、前記空間内にスペーサを挿入するとともに、このスペーサは光が透過する領域と、前記透明液体の量を調整するための予備領域と、前記透明液体の流れ抵抗に流れ方向依存性を有する流路を備えていることにより達成される。

また上記目的は、前記透明部材と前記電辞職は円形または楕円形状であることにより達成される。

また上記目的は、前記予備領域には体積変化調整のための気体が封入されていることにより達成される。

また上記目的は、前記電磁石は前記光の透過する領域の前記透明部材に取り付けられていることにより達成される。

また上記目的は、前記電磁石は前記予備領域の前記透明部材に取り付けられていることにより達成される。

また上記目的は、前記透明部材に撓む力を付与する前記電磁石を圧電素子部材とし、この圧電素子部材に電圧を加え前記透明部材を所望形状に撓ませることにより達成される。

本発明によれば、小型かつ簡易な低消費電力の制御で多様な球面収差を補正できる光学素子を提供できる。

は第1の実施例を搭載した光ピックアップの概略構成図である。 は第１の実施例を備えた光学素子の断面図である。 は第１の実施例を備えた流体抵抗領域の断面図である。 は第１の実施例である光学素子に付与する周期的駆動波形を示す図である。 は各実施例に対応する流体抵抗領域の断面図である。 は第２の実施例を備えた光学素子の断面図である。 は第１−８実施例の流体抵抗領域の断面図である。 は第１−８実施例の流体抵抗領域の断面図である。 は第１−５、８の実施例で説明した光学素子を搭載した光ピックアップの光学系の概略図である。 は第６の実施例で説明した光学素子のＶ−Ｖ線方向の縦断面図である。 は第７の実施例で説明した光学素子のＶ−Ｖ線方向の縦断面図である。 は第８の実施例で説明した光学素子のＸ−Ｘ線方向の横断面図である。

以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する。

さて、特許文献３に記載されたレンズは透明な袋体内に透明液体を封入して形成したものである。このレンズの球面収差補正にあたり、特許文献３ではレンズに取り付けられた磁性部材と電磁石との組み合わせによって球面収差補正のためにレンズを動かしている。このようなレンズを備えた特許文献３では、レンズに対して所望の曲率状態を持続させるためには電磁石に電流を継続して流し続ける必要があることから、昨今の省電力化に逆行してしまうことになる。

そこで本発明の発明者らは省電力の観点から、電磁石の電流を継続的に流し続けるのではなく断続的、つまりパルスで電流を流すことを考えたものである。その結果、レンズを構成する透明液体と流体ダイオードとの組み合わせにヒントを得て、以下のような構成を考えた。

つまり、電磁石に印加された１パルスの電流によってレンズを所望の曲率に変化させると、レンズ内部と連通したリザーバタックから透明液体がレンズ内に供給される。供給された透明液体は徐々にリザーバタンクに逆流し、所望の曲率が変化してしまったら再び１パルスの電流を印加して所望の曲率に戻すようにするものである。この一連の動作を連続して行うことで球面収差補正を行うものである。これにより電力を継続して供給することなくレンズの所望曲率を持続できる。

ところで、所望の曲率をできるだけ長く持続させるためには、透明液体の戻り時間を長くすることが重要であることから、本発明の発明者らは流体ダイオードの応用を検討した結果、以下の実施例を得た。

図１は第1の実施例を備えた可変焦点レンズ装置の光学素子（以下、可変焦点レンズアクチュエータＡ１という）を組み込んだ光ピックアップＨ１の概略図である。
図１において、第1の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ１は、レーザビームが透過するレンズの入射・透過両波面を任意に変形させて球面収差補正を行うものである。

この光ピックアップＨ１は、光ディスク３２の記録層３１に照射するレーザビームを発光するレーザ光源２７と、光ディスク３２の記録層３１で反射されたレーザビームを検出するディテクタ２１とを備えている。また光ピックアップＨ１は、レーザ光源２７から光ディスク３２の記録層３１を介してのディテクタ２１までのレーザビームの光路に次のような光学部材を備えている。

レーザ光源２７や光ディスク３２の記録層３１からのレーザビームを反射と透過で分割する偏光ビームスプリッタ２３を備えている。この偏光ビームスプリッタ２３で反射されたレーザ光源２７からのレーザビームを反射ミラー３３方向に透過すると共にレーザビームの発散角度を変換する可変焦点レンズアクチュエータＡ１を備えている。この可変焦点レンズアクチュエータＡ１を透過したレーザビームを光ディスク３２の記録層３１に向けて反射するとともに、記録層３１で反射されたレーザビームをディテクタ２１に向けて反射するミラー３３を備えている。直線偏光を円偏光に変換する１/４波長板２８と、レンズアクチュエータ３０により光軸方向に移動され光ディスク３２の記録層３１に対してレーザビームを集光する対物レンズ２９を備えている。記録層３１で反射されたレーザビームをディテクタ２１に対して集光する集光レンズ２２とを備えている。２４はフロントモニタである。Ｃ１は制御回路であり、この制御回路Ｃ１はレンズ駆動回路Ｃ２とミラー駆動回路に接続されている。

なお、光ピックアップＨ１のレーザ光源２７と偏光ビームスプリッタ２３との間には、レーザ光源２７からのレーザビームを平行光とするコリメートレンズ２６と、コリメートレンズ２６でコリメートされたレーザビームを分割するグレーティング２５とを備えている。

可変焦点レンズアクチュエータＡ１の詳細を図２（ａ）〜（ｃ）を使って説明する。
図２(ａ)は、可変焦点レンズアクチュエータＡ１を例示した軸方向の横断面図である。 図２(ｂ)は、可変焦点レンズアクチュエータＡ１のＥ−Ｅ線断面図である。
図２(ｃ)は、可変焦点レンズアクチュエータＡ１のＤ−Ｄ線断面図である。

図２(ｂ)において、円形の横断面を有するレーザビームは例えばガラス等の透明剛性膜２を透過した後透明液体５（例えばマッチングオイル等）を透過し、さらに透明な変形膜６ｂで屈折されて集光される。透明液体５はスペーサ３ｓを介して上部透明変形膜２と下部透明変形膜６ｂとの間に形成された空間内に封入されている。

図２（ａ）（ｃ）において、レンズ領域Ｐ２は全領域が透明液体５で満たされている。レンズ曲率変化に伴うレンズ領域Ｐ２の体積が変化するのを補う透明液体５を溜めるリザーバ領域Ｐ３は一部に気体４が満たされている。リザーバ領域Ｐ３内の透明液体５の増減に伴い、気体４が圧縮と膨張を行うためリザーバ領域Ｐ３内の透明液体５の量を増減させている。

透明変形膜６ｂ面上には透明変形膜６ｂをパラボラ状に撓ませるため、リング状の磁性体８が固定されている。リング状の磁性体８は、それ自身の剛性により変形膜の変形を阻害しないため、低剛性の構造がより望ましい。なお、リング状磁性体８は、例えばフォトレジストに磁性粉体を分散させた複合材料でもよく、磁界によって力を受ける材料であれば限定されるものではない。

図３（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
図３(ｃ)において、図２(ａ)に示したスペーサ３ｓと図２（ｃ）に示したスペーサ３ｃと透明変形膜６ｂとで形成される流体抵抗領域Ｐ１はレンズ領域Ｐ２とリザーバ領域Ｐ３それぞれの透明液体５とを繋ぐ流路である。

流体抵抗領域Ｐ１は図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように「八」の字状の流路が形成されており、透明流体の流れＬ２の方向によってそれぞれの流体抵抗が異なる。結果として図３（ｃ）に示すように、断面積が大きくなる方向に透明流体５が流入し易い（多く流れる）構造となっている。

換言すると、レンズ領域Ｐ２に向かって外広がりな「八」の字の空間に透明液体は流れやすいものの、図３（ｂ）に示すように流体抵抗領域Ｐ１で流路が急激に絞られるため、流体抵抗領域Ｐ１から外広がり方向に流れる液体よりも流れが悪くなる。つまり、図３(ｃ)の矢印で示すように右方向を指している矢印（太い矢印）の流量が多いことになる。

これを図２（ａ）の例を使って説明すると、リザーバ領域Ｐ３から流体抵抗領域Ｐ１を経由してレンズ領域Ｐ２内に流入した透明流体５は、流体抵抗領域Ｐ１の形状によってリザーバ領域Ｐ３側へは戻りにくい構造となっている。したがって、所望するレンズの曲率持続時間を長くすることができる。

一方、下部透明変形膜６ｂは図２（ｃ）に示したようにスペーサ７を介して電磁石Ｄ１のヨーク１０ｓ上に固定されている。スペーサ７は樹脂等の非磁性体が望ましく、透明変形膜６ｂと一体に形成してもよい。電磁石Ｄ１は磁性体のヨーク１０ｓと、その中央部を形成するヨーク中央部１０ｃの周りに複数回巻線されるコイル９とを備えている。電磁石Ｄ１のヨーク１０はリング状磁性体８と同様な円形のヨーク中央部１０ｃと、ヨーク中央部１０ｃの下部外周に連続して形成されるヨーク周辺部１０ｓとを有している。

なお、スペーサ７は可変焦点レンズアクチュエータＡ１の性能が劣化しなければ磁性体で形成してもよい。さらに、ヨーク１０は鋼板の鉄心、フェライト、コバルト等で形成される。

本実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ１は、電磁石Ｄ１のコイルに流れる電流が図４（ｂ）に示す一定電流を印加することによりヨーク１０に強い磁界を発生させ、透明変形膜６ｂのリング状磁性体８を引き付けられる。これにより、リザーバ領域Ｐ３内の透明液体５がレンズ領域Ｐ２に徐々に流入し、それに伴い透明変形膜６ｂの撓み量が増大する。透明変形膜６ｂの変形力とリング状磁性体８に働く力とが釣り合い、目標撓み量Ｍに到達する点Ｑ３以降は一定の撓み量を維持する。この時、図２(ｃ)の破線に示すように、透明変形膜６ｂがパラボラ状に撓み、透明変形膜６ｂを透過したレーザビームは透明変形膜６ｂの撓み量に依存した発散角度の変化が起こる。

一方、電磁石Ｄ１のコイルに流れる電流が図４（ａ）に示すように一定電流を印加し、目標撓み量Ｍを超え、上限の許容撓み量Ｍ＋Δｄとなる点Ｑ１で印加電流を切る。それによりレンズ領域Ｐ２に溜まった透明液体５は流体抵抗領域Ｐ１を通ってリザーバ領域Ｐ３へ流れるため、透明変形膜６ｂの撓みは低下する。

次に下限の許容撓みＭ−Δｄとなる点Ｑ２でコイル９に一定電流を印加し、一定時間Ｔｂ経過後再び撓み量が上限の許容撓み量Ｍ＋Δｄとなる点Ｑ３で印加電流を切る一定周期Ｔａのプロセスを繰り返す。この時、リザーバ領域Ｐ３からレンズ領域Ｐ２へ透明液体５が流入し易い流体抵抗領域Ｐ１が配置されているため、図４（ａ）に示すように透明変形膜６ｂの撓み増加Ｒ１より、撓み低下Ｒ２が緩やかに起こる。そのため透明変形膜６ｂの撓みを増加させるために必要な電流の通電時間Ｔｂが、撓みが低下する非通電時間Ｔｃより短くなり、一定の撓み量を維持する必要のあるレンズとして駆動する条件では、結果として図４（ｂ）の連続通電と比べ大きな低消費電力化が可能となる。

透明変形膜６ｂの撓み量はコイル９に印加する電流値に依存し、収差補正に好適なパラボラ状に撓ませる制御を行う。これにより、記録層３１の位置が図１に示す記録層３１ａの位置と記録層３１ｂの位置とに変わることにより発生するレーザビームの球面収差を補正している。なお、コイル９に印加する電流は図４（ｂ）に示す連続駆動も可能であることは言うまでもない。

ここで、ヨーク１０の構造はコイル９の内側領域のみ形成される単純な円柱形状のヨーク中央部１０ｃだけの構成よりも、図２(ｂ)に示すコイル９の外周外方領域に同心円状のヨーク周辺部１０ｓを連結付加する構成の方が良い。それは、コイル９周りの磁力線の密度が高くなり、よりリング状磁性体８に働く磁力を強くできるためである。

例えば、図２(ｂ)に示すように、断面コ字状のヨーク周辺部１０ｓにヨーク周辺上部１０ｓを形成することで、コイル９周りに形成される磁界をより高密度にでき、リング状磁性体８により強い磁力を付与できる。

なお、ヨーク１０は、コイル９の内側領域のヨーク中央部１０ｃだけで構成してもよいのは勿論である。

次に、光ディスク３２の記録層３１からの記録の読み取りについて説明する。

光ピックアップＨ１に装着された光ディスク３２の記録層３１からのレーザビームによる記録(信号)の読み取りについて、記録層３１ｂからの読み取りを例に説明する。なお、記録層３１ａからの記録(信号)の読み取りも同様である。

図１に示したように、光ディスク３２の記録層３１ｂに記録されたピットを電気信号として読み取るため、レーザ光源２７から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ２６でコリメートされ、グレーティング２５を透過した後、偏光ビームスプリッタ２３で可変焦点レンズアクチュエータＡ１に向けて反射される。なお、レーザ光源２７から出射されたレーザビームの一部は偏光ビームスプリッタ２３を透過し、フロントモニタ２４で受光され、レーザ光源２７の発光強度がモニタされる。

そして、偏光ビームスプリッタ２３で反射されたレーザビームは、可変焦点レンズアクチュエータＡ１を透過し発散角度を調整され、反射ミラー３３で反射され、その後、１/４波長板２８を透過し円偏光に変換され、対物レンズ２９により記録膜３１ｂ上に集光され、記録膜３１ｂから反射される。記録膜３１ｂで反射されたレーザビームは、再び対物レンズ２９を透過してコリメート光に変換された後、１/４波長板２８を透過し直線偏光に変換され、反射ミラー３３で反射された後、可変焦点レンズアクチュエータＡ１で発散角度を調整された後、偏光ビームスプリッタ２３に向けて透過される。

偏光ビームスプリッタ２３を透過したレーザビームは、集光レンズ２２によりディテクタ２１上に集光され、ディテクタ２１に入射される光量が電気信号に変換される。

この際、光ディスク３２の記録層３１(３１ａまたは３１ｂ)上に、対物レンズ２９のレーザビームの焦点位置を合わせるため、ディテクタ２１で受光したレーザビームの情報を元に、制御回路Ｃ１で演算した対物レンズ２９の移動量を示す信号に基づき、レンズ駆動回路Ｃ２から駆動電流をレンズアクチュエータ３０に流す。これにより、レンズアクチュエータ３０は、対物レンズ２９を光軸または、光軸と直交方向に並進またはそれぞれの軸周りに回転させる。

また、ディテクタ２１で受光した情報を元に、制御回路Ｃ１で演算した可変焦点レンズアクチュエータＡ１の透明変形膜６ｂの撓み量を示す信号に基づき、ミラー駆動回路Ｃ３から、電流を可変焦点レンズアクチュエータＡ１のコイル９に印加する。

これにより、可変焦点レンズアクチュエータＡ１は、コイル９に流れる電流により、ヨーク１０の中心部に強い磁界を発生させ、透明変形膜６ｂのリング状磁性体８を、図２(ａ)の破線で示すように電磁石Ｄ１に向けて引き付ける。これに伴い、電磁石Ｄ１にスペーサ７を介して支持される変形膜６ｂがパラボラ状に撓む。

このように、可変焦点レンズアクチュエータＡ１のコイル９に電流を流すことで透明変形膜６ｂを所望のパラボラ状に撓ませ、透明変形膜６ｂを透過したレーザビームの発散角度を、コイル９の電流の大小で制御し、記録層３１の位置が、記録層３１ａと記録層３１ｂとに変わることにより生ずるレーザビームの球面収差を補正している。

なお、流体抵抗領域Ｐ１は図３に示す単純な「八」の字形状にのみ限定されるわけではない。例えば、図５（ｂ）に示すように流体抵抗領域の入り口に流体逆流阻止構造Ｐ４を設けることにより、図５（ａ）に示す液体の流れ方向の時に比べ流体抵抗が大きくなり、結果として図５（ｃ）に示すように流体抵抗領域Ｐ１は逆流防止構造Ｐ４方向により流れやすくなる。

また、流体抵抗領域Ｐ１には、流体抵抗領域Ｐ１の流路を流れる透明液体５を任意に堰き止める例えば可動弁や可動バルブのような構造体を付加しても良い。この構造により流体抵抗領域Ｐ１流れる透明液体５が止められ、それによりレンズ領域Ｒ２の体積と透明変形膜６ｂの変形を保存できるため、コイル９に電流を印加する必要が無くなり、大幅な低消費電力化が可能となる。

次に、第２の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ２について図６を用いて説明する。
図６（ａ）は第２の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ２の軸方向の縦断面図である。

図６（ｂ）〜（ｄ）は図２（ａ）のS-S,T-T,U-U線断面図である。

図６（ａ）において、第２の実施例である光ピックアップの基本的な構成は、第１の実施例で説明した光ピックアップＰ１(図１参照)と同様であるが、異なる点は第１の実施例で説明した可変焦点レンズアクチュエータＡ１の変形レンズ領域Ｄ２の構造が異なる（その他の構成については、第１の実施例で説明した可変焦点レンズアクチュエータＡ１と同様な構成であるため詳細な説明は省略する）。

以下、第１の実施例における可変焦点レンズアクチュエータＡ１の変形ミラー領域Ｄ２と異なる構造を説明する。
図６に示す第２の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ２はスペーサ３ｓ、３ｃを介して透明剛性膜２と透明低剛性変形膜１１ｂとの間に透明液体５が封入されている。スペーサ３ｓ、３ｃは可変焦点レンズアクチュエータＡ２の外周に配置したスペーサ３ｓと、アクチュエータＡ２内部に配置したスペーサ３ｃとから成り立つ。このスペーサ３ｃは流体抵抗領域Ｐ１を備えており、図６（ｂ）に示すS-S線断面付近では透明液体５が満たされレーザビームＬ１の透過するレンズ領域Ｐ２と透明液体５の増減を制御するリザーバ領域Ｐ３とを介して接続する構成となっている。

次に図６（ｃ）に示すように、レーザビームＬ１入射方向から二番目に近いＴ−Ｔ線断面ではレンズ領域Ｐ２とリザーバ領域Ｐ３とは孤立しており、この断面では各領域間での透明液体５の授受は発生しない。最後に図６（ｄ）に示すように、レーザビーム入射方向から最も離れたＵ−Ｕ線断面では、スペーサ３ｃは接続領域Ｐ４において、透明低剛性変形膜１１ｂと固定され、レンズ領域Ｐ２とリザーバ領域Ｐ３の間でこの断面では各領域間での透明液体５の授受は発生しない。

図２（ａ）に示すリング状の磁性体８は透明低剛性変形膜１１ｂのリザーバ領域Ｐ３に固定され、また透明低剛性変形膜１１ｂはスペーサ７を介して電磁石Ｄ１に固定されている。

電磁石Ｄ１のコイル９に一定電流値が流されると、発生した磁力によりリング状の磁性体８を電磁石Ｄ１方向に引き付ける。それによりリザーバ領域Ｐ３の低剛性透明変形膜１１ｂは大きく撓み、リザーバ領域Ｐ３の体積が増加する。

一方、リザーバ領域Ｐ３の体積増加に応じレンズ領域Ｐ２の透明液体５は流体抵抗領域Ｐ１を介してリザーバ領域Ｐ３に流れ込みレンズ領域Ｐ２の体積が減少するため、結果としてレンズ領域Ｐ２の透明低剛性変形膜１１ｂはレーザビームＬ１入射方向に大きく撓むこととなる。

また、レンズ領域Ｐ２とリザーバ領域Ｐ３間を流れる透明液体５の流れは、図６（ｂ）に示す流体抵抗領域Ｐ１は図３（ｃ）に示す流体抵抗領域Ｐ１の形状の特性上、リザーバ領域Ｐ３方向に流れやすくなっている。そのため第１の実施例同様、電磁石Ｄ１のコイルに図４（ａ）に示すように一定電流を印加して、目標撓み量Ｍを超え許容撓み量の上限Ｍ＋Δｄとなる点Ｑ１で印加電流を切り、また許容撓みの下限Ｍ−Δｄとなる点Ｑ２でコイル９に再び一定電流を印加し、再び撓み量が上限の許容撓み量Ｍ＋Δｄとなる時間Ｔｂ経過した点Ｑ３で印加電流を切る一定周期時間Ｔａのプロセスを繰り返すことにより図４（ｂ）の連続通電と比べ大きな低消費電力化が可能となる。

なお、コイル９に印加する電流は図４（ｂ）に示す連続駆動も可能であることは言うまでもない。
本実施例ではリザーバ領域Ｐ３に図２に示した気体４が無いため、レンズ領域Ｐ２に気体が混入しレンズ特性を劣化させることはない。

次に、第３の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ３について図７を用いて説明する。
図７は第３の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ３の軸方向の縦断面図である。

第３の実施例を備えた光ピックアップの基本的な構成は第２の実施例で説明した光ピックアップＰ２(図１参照)と同様であるが、異なる点は第２の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ２の変形レンズ領域Ｄ２の構造である（その他の構成は、第１、２の実施例で説明した可変焦点レンズアクチュエータＡ１と同様な構成であるため詳細な説明は省略する）。

以下、第２の実施例における可変焦点レンズアクチュエータＡ２の変形ミラー領域Ｄ２と異なる構造を説明する。
図７に示す第３の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ３は図６（ａ）に示した第２の実施例におけるレーザビームＬ１の入射形面である透明剛性膜２が透明低剛性変形膜１１ａに置き換わり、透明低剛性変形膜１１ａ上のレーザビームＬ１の照射されるレンズ径Ｆの領域以外に剛性膜１が積層固定されている。

本実施例は、図６で示した透明剛性膜２を透明低剛性変形膜１１ａに置き換ることによりレンズアクチュエータＡ３はレーザビームＬ１の入射面と出射面がそれぞれ凹面となったものである。出射面１面のみが凹面となる第２の実施例のレンズアクチュエータＡ２の構造に比べ、レーザビームＬ１により大きな発散角度変化を与えることが可能となる。

一方、リング状磁性体８が電磁石Ｄ１に引き付けられ、透明低剛性変形膜１１ｂを撓ませリザーバ領域Ｐ３の体積が変形する時、リザーバ領域Ｐ３の体積変化を相殺する方向に透明低剛性変形膜１１ａが撓もうと変形する。しかし透明低剛性変形膜１１ｂに剛性膜１を積層固定することにより、透明低剛性変形膜１１ａの撓みを抑制し、リング状磁性体８の動きに応じたレンズ領域Ｐ２の２面の透明低剛性変形膜１１ａ、１１ｂの変形することが可能となる。

次に、第４の実施例の可変焦点距離ミラーアクチュエータＡ６について、図８を用いて説明する。
図８は、第４の実施例の可変焦点距離ミラーアクチュエータＡ６を例示した軸方向の縦断面図である。

第４の実施例の基本的な構成は、第３の実施例と同様であり、第３の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ３のミラー領域Ｄ２の構造が異なるものである（その他の構成は、第３の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ３と同様な構成であるので、詳細な説明は省略する）。

本実施例は、第３の実施例のレンズアクチュエータＡ３の透明低剛性変形膜１１ａと剛性膜１との間に変形反射膜１２を積層した光学素子（以下、可変焦点ミラーアクチュエータという）である。

リング状磁性体８は電磁石Ｄ１に引き付けられ、第３の実施例同様にレーザビームＬ１入射側の透明低剛性変形膜１１ａは凹面状に撓み、それに伴い変形反射膜１２も凹面状に撓む。変形反射膜１２に入射するレーザビームＬ１は反射して、凹面状に変形した変形反射膜１２の形状に依存した発散角度の変化を受ける。また前記発散角度の変化は第３の実施例同様、電磁石Ｄ１のコイルに駆動する電流値により制御される。

レーザビームを反射する反射膜１２はレーザビームを反射する材料、例えばアルミ、銀等の金属、Ｓ_ｉＯ_２、Ｔ_ｉＯ_２を含む誘電体多層膜等を用いて平板状に形成されている。このように反射膜１２は金属などの単層膜でもよいし、誘電体などを用いた多層膜反射膜でもよく限定されるものではない。

次に、第５の実施例の可変焦点ミラーアクチュエータＡ７について図９を用いて説明する。

図９（ａ）は、第５の実施例の可変焦点ミラーアクチュエータＡ７を例示した軸方向の縦断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の透明低剛性変形膜１１ｂをＡ矢印方向から見た図である。

第５の実施例の基本的な構成は、第４の実施例と同様であり、第４の実施例の電磁石Ｄ１が異なるものである（その他の構成は、第６の実施例の可変焦点ミラーアクチュエータＡ６と同様な構成であるので、詳細な説明は省略する）。

以下、第４の実施例で説明した可変焦点ミラーアクチュエータＡ６と異なる第５の実施例を説明する。

第４の実施例ではリザーバ領域Ｐ３の透明低剛性変形膜１１ｂはリング状磁性体８により電磁石方向に引き付ける駆動を行っていた。しかし、本実施例では電磁石Ｄ１が無く、またリング状磁性体の代わりに図９（ｂ）に示すリング状の圧電素子１６が透明低剛性変形膜１１ｂに固定されている。

圧電素子１６に電圧を図４（ｃ）に示す周期的な電圧印加を加えると、圧電素子はＡ矢印方向に振動する。この時、リザーバ領域Ｐ３とレンズ領域Ｐ２内にある透明液体５も流体抵抗領域Ｐ１を通ってリザーバ領域Ｐ３とレンズ領域Ｐ２を往復する。流体抵抗領域Ｐ１により第２の実施例で示したように、流体抵抗領域を通過する透明液体５はリング領域Ｐ２からリザーバ領域Ｐ３に流れやすくなっている。そのため、圧電素子１６に周期的電圧を加え、Ａ矢印方向に往復振動させると図４（ｃ）の撓み量のグラフに示すように次第にレンズ領域Ｐ２からリザーバ領域Ｐ３に透明液体５が流失し、レンズ領域Ｐ２の体積が減少するため、第６の実施例と同様な両面凹面のレンズ構造となる。

一方、第１の実施例や第２の実施例と同様に圧電素子に印加する周期的電圧は目標撓み量Ｍを超え、許容撓み量上限のＭ＋Δｄとなる点Ｑ１で印加電圧を切る。それによりリザーブ領域Ｐ３に溜まった透明液体５は流体抵抗領域Ｐ１を通ってレンズ領域Ｐ２へ流れるため、透明低剛性変形膜１１ｂの撓みは低下する。

次に許容撓み下限のＭ−Δｄとなる点Ｑ２で圧電素子に電圧を印加し、半周期Ｔｂ経過後再び撓み量が許容撓み量上限のＭ＋Δｄとなる点Ｑ３で印加電流を切る一定周期Ｔａのプロセスを繰り返す。この時、レンズ領域Ｐ２からリザーバ領域Ｐ３へ透明液体５が流入し易い流体抵抗領域Ｐ１が配置されているため、図３（ｃ）に示すように透明低剛性変形膜１１ｂの撓み増加Ｒ１より、撓み低下Ｒ２が緩やかに起こる。そのため透明低剛性変形膜１１ｂの撓みを増加させるために必要な電圧の通電時間Ｔｂが、撓みが低下する非通電時間Ｔｃより短くなり、大きな低消費電力化が可能となる。なお、コイル９に印加する電圧は図４（ｂ）にしめす連続駆動も可能であることは言うまでもない。また、本実施例は電磁石Ｄ１が無いため大幅に薄型化が可能となる。

次に、第６の実施例の可変焦点距離レンズアクチュエータＡ８について図１０を用いて説明する。

図１０は、第６の実施例の可変焦点距離レンズアクチュエータＡ８を例示した軸方向の縦断面図である。

第６の実施例の基本的な構成は、第５の実施例のレンズ領域構造が同様であり、レンズ領域Ｐ２に透明液体５を送液する構造が異なる。

以下、第５の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ５と異なる構造を説明する。

本実施例は、図２の第１の実施例で用いたリザーバ領域Ｐ３と入口と出口とが流体抵抗領域Ｐ１で繋がったポンプ領域Ｐ５とレンズ領域Ｐ２とから成り立ち、それぞれスペーサ３ｓとスペーサ３ｃとで形状を形成している。透明液体５はスペーサ３と上部に透明低剛性変形膜１１aと下部に透明低剛性変形膜１１ｂとで形成された空間に封入されている。ポンプ領域Ｐ５は透明低剛性変形膜１１ｂ下部に圧電素子１６が固定されている。

周期的電圧を圧電素子１６に印加すると、圧電素子１６はＡ矢印方向に振動振幅し、それに伴いポンプ領域の体積が増減する。ポンプ領域Ｐ５は流入流体抵抗領域Ｐ６と流出流体抵抗領域Ｐ７とが接続され、透明流体５はそれぞれポンプ領域Ｐ５に流入し易い構造と流入し難い構造である。そのため、第７の実施例同様に圧電素子１６に周期的電圧を印加してポンプ領域Ｐ５の体積が変化すると、透明流体５はリザーバ領域Ｐ３からポンプ領域を通過してレンズ領域Ｐ２に流入する。圧電素子の駆動電圧波形における透明低剛性変形膜１１aの撓み特性は図４（ｃ）に示す第７の実施例と同様である。

本実施例では、第７の実施例と比べるとリザーバ領域Ｐ３やポンプ領域Ｐ５の配置や形状に任意となり設計自由度が向上する。またリザーバ領域Ｐ３に気体４が封入されているため、リザーバ領域Ｐ３からレンズ領域Ｐ２に透明液体５送液した時にリザーバ領域Ｐ３の大きな圧力変化が起こりにくいために、第７の実施例に比べ多くの透明液体５をレンズ領域Ｐ２に送液可能となる。

ところで、特に実施例１〜６で説明したように、封入されて透明液体をポンプ（磁性体とコイルの組み合わせ）で流動させてレンズを変形させるようにした場合、リザーバ領域の組み込みにより、このレンズを図１に示した光ピックアップに組み込むことはスペースを大きく取るため困難となる可能性がある。

そこで本発明の発明者らはレンズとリザーバを一体にすることを考えた結果、以下の実施例を得た。

次に、第７の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ４を図１１を用いて説明する。

図１１（ａ）は、第７の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ４の軸方向の縦断面図である。

第７の実施例を備えた光ピックアップの基本的な構成は、第１の実施例の光ピックアップＰ１(図１参照)と同様であり、第１の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ１の変形レンズ領域Ｄ２の構造が異なる。

その他の構成は、第１の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ１と同様な構成であるので、詳細な説明は省略する。

以下、第１の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ１の変形ミラー領域Ｄ２と異なる構造を説明する。

本実施例におけるレンズアクチュエータＡ４は図１１（ａ）のＷ―Ｗ線断面における断面図、図１１（ｂ）に示すように第１の実施例で説明したザーバ領域Ｐ３と流体抵抗領域Ｐ１を排除したものである。そのため、リング状磁性体８が電磁石Ｄ１に引き付けられ、透明低剛性変形膜１１ｂが凸レンズ状に変形しレンズ領域Ｐ２の体積が増加する時、本実施例ではリザーバ領域Ｐ３が無いため体積変化しない。したがって、透明低剛性変形膜１１ｂのリング状磁性体８内側領域が凹レンズ状に撓んでレンズ領域Ｐ２の体積変化を相殺する変形が起こるためレーザビームＬ１の発散角を変化させる。

本実施例は、第１の実施例に比べ、リザーバ領域Ｐ３や流体抵抗領域Ｐ１が無いため構造が簡易となり、小型化を図ることができる。

次に、第８の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ５について図１２を用いて説明する。
図１２は第８の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ５の軸方向の縦断面図である。

第８の実施例を備えた光ピックアップの基本的な構成は、第１の実施例の光ピックアップＰ１(図１参照)と同様であり、第７の実施例である可変焦点レンズアクチュエータＡ４の透明剛性膜２と剛性膜１の構造が異なる（その他の構成は、第７の実施例の可変焦点レンズアクチュエータＡ４と同様な構成であるので、詳細な説明は省略する）。

以下、第７の実施例を備えた可変焦点レンズアクチュエータＡ４の変形ミラー領域Ｄ２と異なる構造を説明する。

本実施例では、レーザビームＬ１入射面の透明低剛性変形膜１１ａはビーム径Ｆの外周部に剛性膜１が積層固定されている。このため、リング状磁性体８が電磁石Ｄ１に引き付けられてレーザビームＬ１出射面の透明低剛性変形膜１１ｂが撓むことになる。透明低剛性変形膜１１ｂが撓むとレンズ領域Ｐ２の体積が増加するのを相殺する変形として、第７の実施例同様リング状磁性体８の内側が凹レンズ状に撓む。さらにレーザビーム入射面の透明低剛性変形膜１１ｂが凹状に撓むことになる。

このように、本実施例ではレーザビームＬ１の入出射両面の凹形状に変形することによって第７の実施例に比べ大きなレーザビームＬ１の発散角を変化させることが可能となる。

１・・・剛性膜、２・・・透明剛性膜、３・・・スペーサ、４・・・気体、５・・・透明液体、６・・・透明変形膜、７・・・スペーサ、８・・・磁性体、９・・・コイル、１０・・・ヨーク、１１・・・透明低剛性変形膜、１２・・・変形反射膜、１６・・・圧電素子、２１・・・ディテクタ、２２・・・集光レンズ、２３・・・偏光ビームスプリッタ、２４・・・フロントモニタ、２５・・・グレーティング、２６・・・コリメートレンズ、２７・・・レーザ光源、２８・・・１/４波長板、２９・・・対物レンズ、３０・・・レンズアクチュエータ、３１・・・記録層、３２・・・光ディスク、３３・・・反射ミラー。

Claims (6)

1. ２枚の透明部材との間にスペーサを介して形成された空間と、この空間に封入された透明液体と、前記透明部材のいずれか一方に取り付けられた磁性部材と、この磁性部材を動作させる電磁石とを備え、この電磁石に電流を流して前記透明部材を動作させる光学素子において、
   前記空間内にスペーサを挿入するとともに、
   このスペーサは光が透過する領域と、前記透明液体の量を調整するための予備領域と、前記透明液体の流れ抵抗に流れ方向依存性を有する流路を備えていることを特徴とする光学素子。
2. 請求項１記載の光学素子において、
   前記透明部材と前記電辞職は円形または楕円形状であることを特徴とする光学素子。
3. 請求項１記載の光学素子において、
   前記予備領域には体積変化調整のための気体が封入されていることを特徴とする光学素子。
4. 請求項１記載の光学素子において、
   前記磁性付与部材は前記光の透過する領域の前記透明部材に取り付けられていることを特徴とする光学素子。
5. 請求項１記載の光学素子において、
   前記磁性付与部材は前記予備領域の前記透明部材に取り付けられていることを特徴とする光学素子。
6. 請求項１記載の光学素子において、
   前記透明部材に撓む力を付与する前記電磁石を圧電素子部材とし、この圧電素子部材に電圧を加え前記透明部材を所望形状に撓ませることを特徴とする光学素子。

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