JP3085044B2 - マイクロ光デバイスおよび静電マイクロ光デバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に光ヘッドあるいは
光スキャナ、レーザプリンタなど光ビームを走査して情
報の記録、あるいは再生、消去を行なう光ビーム走査光
学系に用いるマイクロ光デバイスおよび静電マイクロ光
デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ビーム走査光学系の例として光
ヘッドを説明する。一般に光ヘッドにおいては、少なく
ともフォーカシング制御とトラッキング制御の２種類の
光ビームの制御を必要とする。従来、フォーカシング制
御は対物レンズを可動部としてコイルを巻装し、固定磁
石とこのコイルとの間に発生する電磁気力などを用い
て、デイスク面上からの反射光から作られる制御信号に
基づいて対物レンズをその光軸方向に移動させることで
常にディスク面上に対物レンズの焦点が結ばれるように
制御されてきた。

【０００３】一方、従来、トラッキング制御は対物レン
ズを可動部としてコイルを巻装し、固定磁石とこのコイ
ルとの間に発生する電磁気力などを用いて、デイスク面
上からの反射光から作られる制御信号に基づいて、対物
レンズをその光軸方向と直交する方向に移動させること
で常にディスク面上のトラック上に対物レンズの焦点が
結ばれるように制御されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光ビーム走査光学系では、可動部の光学素子
がレンズという３次元的な形状を有しているため薄型化
が困難、あるいは可動部の軽量化および小型化が困難で
あるといった課題を有していた。

【０００５】本発明は、この様な課題を解決するため
に、平板光学素子である１枚のゾーンプレートを、ある
いは、２枚のゾーンプレートの一方のみを可動部とする
ことで薄型化と軽量化を達成したマイクロ光デバイスを
提供するものである。

【０００６】さらに駆動源として静電駆動力を用いるこ
とで効率を向上し、低消費電力化を図った静電マイクロ
光デバイスを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１の本発明は、ゾーンプレ−トが形成され、か
つ、その周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された光透過
性の可動基板と、この可動基板を静電力により駆動する
ために前記可動基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置
される櫛歯状突起がその周辺部に形成された固定基板と
を有する静電マイクロ光デバイスである。

【０００８】さらに、第２の本発明は、マイクロリソグ
ラフィ等の手段により第１のゾーンプレートが形成され
た第１の光透過性基板と、第２のゾーンプレートが形成
された第２の光透過性基板と、前記第１および第２の光
透過性基板を相対的に回転あるいは平行移動させる駆動
手段とを備え、かつ、前記第１および第２のゾーンプレ
ートを重ねて配置したマイクロ光デバイスである。

【０００９】また、第３の本発明は、第１のゾーンプレ
ートが形成された第１の光透過性基板と、第２のゾーン
プレートが形成され、かつ、その周辺部に櫛歯状突起電
極部が形成された第２の光透過性基板と、この第２の光
透過性基板を回転あるいは平行移動させる静電駆動力を
発生させるために前記第２の光透過性基板の櫛歯状突起
電極部と対向して配置される櫛歯状突起電極部をその周
辺部に設けた固定基板とを備え、かつ、前記第１および
第２のゾーンプレートを重ねて配置した静電マイクロ光
デバイスである。

【００１０】さらに、第４の本発明は、マイクロリソグ
ラフィ等の手段により第１の振幅型あるいは位相型の計
算機ホログラムが形成された第１の光透過性基板と、第
２の振幅型あるいは位相型の計算機ホログラムが形成さ
れた第２の光透過性基板と、前記第１および第２の光透
過性基板を相対的に回転あるいは平行移動させる駆動手
段とを備え、かつ、前記第１および第２の計算機ホログ
ラムを重ねて配置したマイクロ光デバイスである。

【００１１】また、第５の本発明は、第１の振幅型ある
いは位相型の計算機ホログラムが形成された第１の光透
過性基板と、第２の振幅型あるいは位相型の計算機ホロ
グラムが形成され、かつ、その周辺部に櫛歯状突起電極
部が形成された第２の光透過性基板と、この第２の光透
過性基板を回転あるいは平行移動させる静電駆動力を発
生させるために前記第２の光透過性基板の櫛歯状突起電
極部と対向して配置される櫛歯状突起電極部をその周辺
部に設けた固定基板とを備え、かつ、前記第１および第
２の計算機ホログラムを重ねて配置したことを特徴とす
る静電マイクロ光デバイスである。

【００１２】

【作用】第１の本発明の静電マイクロ光デバイスは、ゾ
ーンプレ−トが形成され、かつ、その周辺部に櫛歯状突
起電極部が形成された光透過性の可動基板と、この可動
基板を静電力により駆動するために前記可動基板の櫛歯
状突起電極部と対向して配置される櫛歯状突起がその周
辺部に形成された固定基板とを設け、静電力によりゾー
ンプレートをその光軸と直交する方向に移動させること
で光ビームの集束点を移動させる静電マイクロ光デバイ
スである。

【００１３】さらに、第２の本発明のマイクロ光デバイ
スは、マイクロリソグラフィ等の手段により第１のゾー
ンプレートが形成された第１の光透過性基板と、第２の
ゾーンプレートが形成された第２の光透過性基板とを重
ねて配置し、前記第１および第２の光透過性基板を相対
的に回転あるいは平行移動させた結果生ずる２つのゾー
ンプレートのビートにより球面波や円筒面波を発生さ
せ、かつ、２枚のゾーンプレート間の相対変位により球
面波あるいは円筒面波の曲率半径を変化させてその集光
点を光軸方向に変化させるマイクロ光デバイスである。

【００１４】また、第３の本発明の静電マイクロ光デバ
イスは第１のゾーンプレートが形成された第１の光透過
性基板と、第２のゾーンプレートが形成され、かつ、そ
の周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された第２の光透過
性基板と、この第２の光透過性基板を回転あるいは平行
移動させる静電駆動力を発生させるために前記第２の光
透過性基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置される櫛
歯状突起電極部をその周辺部に設けた固定基板とにより
以下の作用を発生させる。すなわち、重ねて配置した第
１および第２のゾーンプレートを静電力によって相対的
に回転あるいは平行移動させた結果生ずる２つのゾーン
プレートのビートにより球面波や円筒面波を発生させ、
さらに、２枚のゾーンプレート間の相対変位により球面
波あるいは円筒面波の曲率半径を変化させてその集光点
を光軸方向に変化させる静電マイクロ光デバイスであ
る。

【００１５】さらに、第４の本発明のマイクロ光デバイ
スは、マイクロリソグラフィ等の手段により第１の振幅
型あるいは位相型の計算機ホログラムが形成された第１
の光透過性基板と、第２の振幅型あるいは位相型の計算
機ホログラムが形成された第２の光透過性基板と、前記
第１および第２の基板を相対的に回転あるいは平行移動
させる駆動手段とを備えたことにより以下の作用を発生
させる。すなわち、重ねて配置した前記第１および第２
の光透過性基板を相対的に回転あるいは平行移動させる
ことにより、２枚の計算機ホログラムの位相項の光学的
な積によって生ずる球面波や円筒面波の曲率半径を変化
させてその集光点を光軸方向に変化させるマイクロ光デ
バイスである。

【００１６】また、第５の本発明の静電マイクロ光デバ
イスは、第１の振幅型あるいは位相型の計算機ホログラ
ムが形成された第１の光透過性基板と、第２の振幅型あ
るいは位相型の計算機ホログラムが形成され、かつ、そ
の周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された第２の光透過
性基板と、この第２の光透過性基板を回転あるいは平行
移動させる静電駆動力を発生させるために前記第２の光
透過性基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置される櫛
歯状突起電極部をその周辺部に設けた固定基板とを備え
ることで以下の作用を発生させるものである。すなわ
ち、重ねて配置した前記第１および第２の計算機ホログ
ラムを静電力によって相対的に回転あるいは平行移動さ
せることにより、２枚の計算機ホログラムの位相項の光
学的な積によって生ずる球面波や円筒面波の曲率半径を
変化させてその集光点を光軸方向に変化させる静電マイ
クロ光デバイスである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の参考例のマイクロ光デバイス
について、図面を参照しながら説明する。図１は参考例
のマイクロ光デバイスにおける平面図である。図１にお
いて、１はフレネルゾーンプレート（以下ＦＺＰと称
す）である。

【００１８】まず、本参考例の根幹を成すこのＦＺＰに
ついて簡単に説明する。一般に光源と観察点とがともに
軸上にある円形開口において、開口内のフレネル輪帯を
１つおきに不透明にしたものをＦＺＰという。この時、
１、３、５など奇数番目の輪帯を透明にして構成したも
のは正のＦＺＰと呼ばれ、偶数番目の輪帯を透明にした
ものは負の輪帯と呼ばれる。

【００１９】この正のＦＺＰの各輪帯は２ｉ（ｉは虚数
単位）、負のＦＺＰの各輪帯は−２ｉの位相を観察点に
与える。したがって、透明ゾーンの数をＮとすると、観
察点での合成位相は（数１）で表現できる。

【００２０】

【数１】

【００２１】そのため、観察点での強度Ｉは（数２）で
表わされる。

【００２２】

【数２】

【００２３】ここで、｜Ｕ₀｜² は開口が存在しない時
の観察点での強度を示している。つまり、正負のＦＺＰ
により４Ｎ²倍の強度が得られ、強い集光作用すなわち
レンズ作用があることが分かる。

【００２４】さて、ＦＺＰのＭ番目の輪帯の半径をｒ_M
とすると、ＦＺＰの焦点距離は（数３）で表わされる。

【００２５】

【数３】

【００２６】ここで、ｒ₁はＭ＝１の輪帯の半径であ
り、λは光の波長である。

【００２７】また、ＦＺＰの場合にはこの主焦点以外に
ｆ／３、ｆ／５、・・・の無数の焦点距離に対応する副
焦点をもつことは周知のことである。しかしながらｆの
場合の強度を１とすると、それぞれ（１／３）²、（１
／５）²、・・・となり実際にはｆの場合以外はほとん
ど問題にならない。

【００２８】さて、図３はＦＺＰの結像関係を示す図で
ある。平行光がＦＺＰ１に入射する場合を考えると、Ｚ
＝ｆの位置に主焦点が生じる。平行光線束を垂直に受け
たスリットのフレネル回折像は、スリットの幅方向に対
称となるため、ＦＺＰの各透明輪帯についても、ＦＺＰ
の半径方向に対称な回折像を生じるような波面が生じ
る。

【００２９】したがって、図３に示すようにＦＺＰ１で
回折して主焦点Ｆ₁と対称な波面は、ＦＺＰ面に関して
点Ｆ₁と対称な点Ｆ₁ ^*から放射されたような方向に向か
う。言い替えれば、ＦＺＰはＦ₁、Ｆ₁ ^*の２つの主焦点
をもち、±ｆの焦点距離をもつこととなる。同様に、±
∞、±ｆ／３、±ｆ／５、・・・の焦点距離を持つこと
となる。

【００３０】さて、本参考例のＦＺＰ１は、図２に示し
たようにマイクロリソグラフィ等の手段により、一般の
ＦＺＰの透明輪帯に対応する輪帯を位相深さ０とし、遮
光輪帯に対応する輪帯を位相深さπとして構成したもの
である。従って、輪帯の複素振幅透過率は１と−１の矩
形波状の繰り返しとなり、ＦＺＰの振幅透過率Ｔ_Aは
（数４）で表わされる。

【００３１】

【数４】

【００３２】したがって、回折効率ＥはＥ₀＝０となり
±∞の副焦点距離を持つ成分は消滅し、±ｆの主焦点距
離を持つ成分の効率はＥ₁＝｜２ｉ／π｜²≒４０．５％
となり、±ｆ／３の副焦点距離を持つ成分の効率はＥ₂
＝｜２ｉ／３π｜²≒４．５％となる。さらに、±ｆ／
５の副焦点距離を持つ成分の効率はＥ₃＝｜２ｉ／５π
｜²≒１．６％となり、一般の遮光マスクによるＦＺＰ
と比較して主焦点成分の回折効率が向上していることが
分かる。

【００３３】さて、図１において、２はＦＺＰ１がマイ
クロリソグラフィなどの手段により形成される光透過性
基板であり、例えばガラスあるいはポリシリコン、ポリ
カボーネイトなどから成る。３は板バネからなる１対の
弾性支持部材であり、その一端は光透過性基板２に固着
され他端は固定部材６に各々固着されている。４は弾性
支持部材３上にスパッタ等の手段により形成された磁性
薄膜、５は磁性薄膜４に各々、対向して設けられた固定
電磁石であり、プリントコイルなどから構成されてい
る。

【００３４】以上のように構成された本参考例のマイク
ロ光デバイスの動作について、以下に説明する。固定電
磁石５に通電することで、磁性薄膜４との間に電磁的な
吸引力、あるいは反発力が作用し、この駆動力と弾性支
持部材３の弾性力との釣合によりＦＺＰ１はその光軸と
直交する方向、すなわち、図１に矢印で示した方向に移
動する。

【００３５】このようにＦＺＰ１を変位させることは、
図３に示した等価レンズ光軸をシフトさせることになる
ので、ＦＺＰ１の主焦点Ｆ₁はＦＺＰ１の移動方向に変
位する。従って、例えば光ヘッドの対物レンズ、あるい
はリレーレンズとしてＦＺＰ１を用い、公知のトラッキ
ング誤差信号検出手段から得られる制御信号に基づいて
固定電磁石５への通電量を制御することで、ＦＺＰ１の
集光点を移動させてトラッキング制御を行なうことがで
きる。

【００３６】この時、本参考例のマイクロ光デバイスに
おいては、可動部が平板光学素子であるＦＺＰ１と磁性
薄膜４とから構成されている。したがって、従来の３次
元的なレンズあるいはミラーと導線を巻装してなるコイ
ルを可動部として構成されたトラッキング制御用のアク
チュエータと比較して小型化、薄型化、軽量化が達成で
きる。

【００３７】なお、本参考例では磁性薄膜とプリントコ
イルの組合せによる電磁気的な駆動手段を用いたが、例
えば圧電薄膜等の他の駆動手段を用いることが可能なこ
とは言うまでもない。

【００３８】（実施例１） 次に、本発明の実施例１の静電マイクロ光デバイスにつ
いて図面を用いて説明する。図４は本実施例の静電マイ
クロ光デバイスの平面図である。図中の番号で図１〜図
３と同一のものは同一機能のものを示している。

【００３９】７は光透過性基板の周辺部にマイクロリソ
グラフィ等の手段により形成された可動櫛歯状突起部で
あり、この可動櫛歯状突起部７の各々の櫛歯には蒸着等
の方法により電極が形成されている。８は可動櫛歯状突
起部７を構成する各櫛歯に対向して配置された固定櫛歯
状突起部であり、固定櫛歯状突起部８の各櫛歯には蒸着
などの手法により電極が形成されている。また９は固定
櫛歯状突起部８がマイクロリソグラフィ等の手段により
形成された固定基板である。

【００４０】このようにして構成された本実施例の動作
について説明する。図示していない駆動部により、可動
櫛歯状突起部７と固定櫛歯状突起部８の電極間に電界を
作用させ静電力を発生させることで、ＦＺＰ１はその光
軸と直交する方向すなわち図４に矢印で示した方向に移
動する。このようにＦＺＰ１を変位させることは、図３
に示した等価レンズ光軸をシフトさせることになり、Ｆ
ＺＰ１の主焦点Ｆ₁はＦＺＰ１の移動方向に変位する。

【００４１】従って、例えば光ヘッドの対物レンズ、あ
るいはリレーレンズとしてＦＺＰ１を用い、公知のトラ
ッキング誤差信号検出手段から得られる制御信号に基づ
いて、可動櫛歯状突起部７と固定櫛歯状突起部８の電極
間に電界を作用させる静電力を制御することで、ＦＺＰ
１の集光点を移動させてトラッキング制御を行なうこと
ができる。

【００４２】この時、本実施例の静電マイクロ光デバイ
スにおいては、可動部が平板光学素子であるＦＺＰ１と
可動櫛歯状突起部７とから構成されている。したがっ
て、従来の３次元的なレンズあるいはミラーと、導線を
巻装してなるコイルを可動部として構成されたトラッキ
ング制御用のアクチュエータと比較して、小型化、薄型
化、軽量化が達成できる。

【００４３】さらに本実施例では、静電力を駆動力とし
て用いているため、トラッキング制御のように高々、数
１０μｍの微小変位で目的とする機能を遂行できるよう
な用途では、電磁駆動と比較してエネルギ−効率が高
い。その結果、低消費電力化を図ることができる。

【００４４】（実施例２） 次に、本発明の実施例２のマイクロ光デバイスについて
図面を参照しながら以下に説明する。図５は本実施例の
構成を示すものであり、同図（ａ）はその側面断面図、
同図（ｂ）はその正面図である。図６は、図５の第１の
光透過性基板１０のみを示したものである。図１〜図４
において、同一機能のものは同一符号で示す。

【００４５】１０は第１の光透過性基板、１１は第２の
光透過性基板、１２は、第１の光透過性基板１０上にマ
イクロリソグラフィ等の手段によって形成された第１の
ゾーンプレートである。また図示はしなかったが、第１
のゾーンプレート１２と同じ形状の第２のゾーンプレー
ト１３が、第２の光透過性基板１１上に、やはりマイク
ロリソグラフィ等の手段によって形成されている。この
第２の光透過性基板１１は固定基板とされ、一方、第１
の光透過性基板１０は可動基板とするため弾性支持部材
の一端が固着されている。また第１のゾーンプレート１
２と第２のゾーンプレート１３は重ねて配置されてい
る。

【００４６】さて、本実施例の根幹を成す第１のゾーン
プレート１２および第２のゾーンプレート１３について
説明する。これらのゾーンプレートは、両者を相対的に
回転あるいは平行移動させることにより生ずる２つのビ
ートにより、球面波あるいは円筒面波を発生させ、か
つ、２枚のゾーンプレート間の相対変位により球面波あ
るいは円筒面波の曲率半径を変化させて、その集光点を
光軸方向に変位させるように構成されたものである。

【００４７】その原理について以下に説明する。ビート
により発生させたい波面の位相を、Ψ（ｘ，ｙ）とす
る。いま、ビートにより球面波を発生させたければ、所
望の波面の位相は（数５）で表現される。

【００４８】

【数５】

【００４９】ここで、λは波長、ｆは焦点距離、ａは定
数的な位相項である。

【００５０】（数５）の位相をもった波面を、２枚のゾ
ーンプレートのｘ方向への相対的な微小変位△ｘによる
ビートから導きだすことを次に考える。

【００５１】ゾーンプレートの位相を表わすカーブをФ
（ｘ，ｙ）とすると、（数６）の条件を満足する必要が
ある。

【００５２】

【数６】

【００５３】この（数６）よりゾーンプレートの位相を
表わす曲線の式が（数７）で与えられる。

【００５４】

【数７】

【００５５】ここで、Ａ＝１／６λｆ△ｘ、Ｂ＝ａ／△
ｘである。

【００５６】したがって、（数７）に基づいて、第１の
ゾーンプレート１２と第２のゾーンプレート１３を形成
し変位△ｘを変化させることで２枚のゾーンプレートの
ビートによって発生する球面波の焦点距離ｆを変化させ
ることができる。

【００５７】以上のように構成された本実施例のマイク
ロ光デバイスの動作について以下に説明する。なお、第
１のゾーンプレート１２および第２のゾーンプレート
は、いずれも（数７）に基づいて作成されている。

【００５８】さて、固定電磁石５に通電することで磁性
薄膜４との間に電磁的な吸引力、あるいは反発力が作用
し、この駆動力と弾性支持部材３の弾性力との釣合によ
り、第１の光透過性基板１０上の第１のゾーンプレート
１２は、その光軸と直交する方向すなわち図５に矢印で
示した方向に移動する。

【００５９】このようにして、第１のゾーンプレート１
２と第２のゾーンプレート１３に相対的な微小変位△ｘ
を変化させることで、（数５）〜（数７）で示した関係
から２枚のゾーンプレートのビートによる球面波の焦点
距離ｆが変化する。その結果、焦点位置が光軸方向に移
動することとなる。

【００６０】従って、例えば光ヘッドの対物レンズ、あ
るいはリレーレンズとして、第１のゾーンプレート１２
と第２のゾーンプレート１３を用い、公知のフォーカシ
ング誤差信号検出手段から得られる制御信号に基づいて
固定電磁石５への通電量を制御することで、２枚のゾー
ンプレートのビートによる球面波の集光点を光軸方向に
移動させてフォーカシング制御を行なうことができる。

【００６１】この時、本実施例のマイクロ光デバイスに
おいては、可動部が、平板光学素子である第１のゾーン
プレート１２、第２のゾーンプレート１３及び磁性薄膜
４とから構成されている。

【００６２】したがって、従来の３次元的なレンズある
いはミラーと、導線を巻装してなるコイルを可動部とし
て構成されたフォーカシング制御用のアクチュエータと
比較して小型化、薄型化、軽量化が達成できる。

【００６３】なお、本実施例では磁性薄膜とプリントコ
イルの組合せによる電磁気的な駆動手段を用いたが、例
えば圧電薄膜等の他の駆動手段を用いることが可能なこ
とは言うまでもない。

【００６４】また、本実施例では球面波について述べた
が、例えばシリンドリカルレンズの機能に相当する円筒
面波など、球面波以外の波面を発生させるには、（数
５）を所望の波面を表わすよう変更し（数６）を用いて
ゾーンプレートの式を導き出せばよい。

【００６５】また、本実施例では、△ｘの平行移動によ
りビートを発生する構成としたが、回転でビートを発生
させるには極座標で（数５）を表現し、（数６）の偏微
分を角度に対して行なえばよい。このようにすれば、平
行移動ではなく２枚のゾーンプレートの相対的な回転に
よるビートから任意の波面を作り出すことができる。な
お、この時の回転駆動手段としては、例えば、図５の一
対の弾性支持部材３を片方のみの構成とすることで実現
できる。すなわち、この場合には第１のゾーンプレート
は、弾性支持部材３の固定部材６に対する固着点を中心
として回動することとなり２枚のゾーンプレート間の相
対的な回転が実現できる。

【００６６】（実施例３） 次に、本発明の実施例３の静電マイクロ光デバイスにつ
いて図面を参照しながら以下に説明する。図７は本実施
例の構成を示す図であり、同図（ａ）はその側面断面
図、同図（ｂ）はその正面図である。図中において、図
１〜図６と同一機能のものは同一符号で示す。

【００６７】１４は固定基板であり、その周囲にはマイ
クロリソグラフィ等の手段により固定櫛歯状突起部１６
が形成されている。またこの固定櫛歯状突起部１６の各
突起には蒸着等の手法により電極が形成されている。

【００６８】１５は可動櫛歯状突起部であり、第２の光
透過性基板１８の周囲にマイクロリソグラフィ等の手段
により形成されている。この可動櫛歯状突起部１５の各
櫛歯にはやはり蒸着等の手法により電極が形成されてい
る。１７は第１の光透過性基板である。

【００６９】第１の光透過性基板１７と第２の光透過性
基板１８には、各々第１のゾーンプレート１２と第２の
ゾーンプレート１３がマイクロリソグラフィ等の手段を
用いて形成されている。これらのゾーンプレートは図６
に示したゾーンプレートと同様に、（数５）〜（数７）
に基づいて形成されており、かつ、２枚のゾーンプレー
トは重ねて配置されている。

【００７０】以上のように構成された本実施例の動作を
以下に説明する。なお、第１のゾーンプレート１２およ
び第２のゾーンプレートは、いずれも（数７）に基づい
て作成されている。

【００７１】図示していない駆動部により、可動櫛歯状
突起部１５と固定櫛歯状突起部１６の電極間に電界を作
用させ静電力を発生させることで、第２の光透過性基板
１８上の第２のゾーンプレート１３はその光軸と直交す
る方向、すなわち、図７に矢印で示した方向に移動す
る。

【００７２】このようにして第１のゾーンプレート１２
と第２のゾーンプレート１３に相対的な微小変位△ｘを
変化させることで、（数５）〜（数７）で示した関係か
ら２枚のゾーンプレートのビートによる球面波の焦点距
離ｆが変化する。その結果、焦点位置が光軸方向に移動
することとなる。

【００７３】従って、例えば光ヘッドの対物レンズ、あ
るいはリレーレンズとして第１のゾーンプレート１２と
第２のゾーンプレート１３を用い、公知のフォーカシン
グ誤差信号検出手段から得られる制御信号に基づいて、
可動櫛歯状突起部１５と固定櫛歯状突起部１６の電極間
に作用させる電界を制御し、２枚のゾーンプレートのビ
ートによる球面波の集光点を光軸方向に移動させてフォ
ーカシング制御を行なうことができる。

【００７４】この時、本実施例の静電マイクロ光デバイ
スにおいては、可動部が平板光学素子である第１のゾー
ンプレート１２と第２のゾーンプレート１３と可動櫛歯
状突起部１５とから構成されている。

【００７５】したがって、従来の３次元的なレンズある
いはミラーと、導線を巻装してなるコイルを可動部とし
て構成されたフォーカシング制御用のアクチュエータと
比較して小型化、薄型化、軽量化が達成できる。

【００７６】さらに微小変位領域においては、従来の電
磁駆動方式と比較して格段に効率の高い静電駆動方式を
用いているため、低消費電力化が可能となる。

【００７７】なお、実施例では球面波について述べた
が、例えばシリンドリカルレンズの機能に相当する円筒
面波など球面波以外の波面を発生させるには、（数５）
を所望の波面を表わすよう変更し、（数６）を用いてゾ
ーンプレートの式を導き出せばよい。

【００７８】また、本実施例では△ｘの平行移動により
ビートを発生する構成としたが、回転でビートを発生さ
せるには、極座標で（数５）を表現し、（数６）の偏微
分を角度に対して行なえばよい。このようにすれば、平
行移動ではなく２枚のゾーンプレートの相対的な回転に
よるビートから任意の波面を作り出すことができる。な
お、この時の回転駆動手段は、例えば、図７の可動櫛歯
状突起部１５と固定櫛歯状突起部１６を円弧状に形成す
ることで実現できる。

【００７９】（実施例４） 次に、本発明の実施例４のマイクロ光デバイスについて
図面を参照しながら以下に説明する。図８は本実施例の
構成を示す図であり、同図（ａ）はその側面断面図、同
図（ｂ）はその正面図である。図中の番号で図１〜図７
と同一のものは同じものを示す。本発明の請求項３記載
のマイクロ光デバイス（（図５）参照）と異なる点は、
本実施例では１対のゾーンプレートではなく第１の計算
機ホログラム２１と第２の計算機ホログラム２２（図示
せず）からなる１対の計算機ホログラムを用いているこ
とである。この第１の計算機ホログラム２１と第２の計
算機ホログラム２２は重ねて配置されている。

【００８０】さて、本実施例の根幹を成す第１の計算機
ホログラム２１、第２の計算機ホログラム２２について
説明する。これらの計算機ホログラムは両者を相対的に
回転あるいは平行移動させた結果生ずる合成関数によ
り、球面波あるいは円筒面波を発生させ、かつ、２枚の
計算機ホログラム間の相対変位により球面波あるいは円
筒面波の曲率半径を変化させて、その集光点を光軸方向
に変位させるように構成されたものである。

【００８１】その原理について以下に説明する。一般に
バイナリ計算機ホログラムの振幅透過率分布Ｔ（ｘ，
ｙ）をフーリエ級数で表現すると、ｎを整数として（数
８）で与えられる。

【００８２】

【数８】

【００８３】ここで、

【００８４】

【数９】

【００８５】ただし、ｄはディユーテイを示し、一般的
にはｄ＝１／２である。φ（ｘ，ｙ）は、計算機ホログ
ラムの位相関数である。

【００８６】さて、（数８）に基づいて構成された計算
機ホログラムＴ（ｘ，ｙ）を±ｘ方向に△ｘ／２ずつ相
対的に変化させた時の合成関数Ｇ（ｘ，ｙ）は（数１
０）で与えられる。

【００８７】

【数１０】

【００８８】さて、（数１０）の合成関数により例えば
円筒面波を発生させたい場合を考える。所望の円筒面波
は（数１１）で表わされる。

【００８９】

【数１１】

【００９０】そこで、計算機ホログラムの位相関数、す
なわち、（数８）のφ（ｘ，ｙ）を（数５）からの（数
７）の導出と同じように（数１２）のように設定する。

【００９１】

【数１２】

【００９２】ここで、ａとｂは定数項である。

【００９３】その結果、（数１０）における合成関数Ｇ
（ｘ，ｙ）の位相項φ_nm（ｘ，ｙ）は（数１３）で与え
られる。

【００９４】

【数１３】

【００９５】（数１３）の第３項と（数１１）との比較
から、その焦点距離はｎ−ｍ＝２の場合、ｆ＝ａ³／３
λ△ｘとなることがわかる。すなわちシフト量△ｘに反
比例するシリンドリカル可変焦点レンズが実現可能なこ
とが分かる。ここでは円筒面波で説明したが球面波の場
合も同様の手法により計算機ホログラムを作成できるこ
とは言うまでもない。

【００９６】以上のように構成された本実施例のマイク
ロ光デバイスの動作について以下に説明する。なお、第
１の計算機ホログラム２１および第２の計算機ホログラ
ム２２は球面波を発生させるようにいずれも作成されて
いる。

【００９７】さて、固定電磁石５に通電することで磁性
薄膜４との間に電磁的な吸引力、あるいは反発力が作用
し、この駆動力と弾性支持部材３の弾性力との釣合によ
り、第１の光透過性基板１０上の第１の計算機ホログラ
ム２１はその光軸と直交する方向すなわち図８に矢印で
示した方向に移動する。

【００９８】このようにして第１の計算機ホログラム２
１と第２のゾーンプレート２２に相対的な微小変位△ｘ
を変化させることで、（数１０）〜（数１３）で示した
関係から、２枚の計算機ホログラムの位相関数の合成に
より球面波の焦点距離ｆが変化する。その結果、焦点位
置が光軸方向に移動することとなる。

【００９９】従って、例えば光ヘッドの対物レンズ、あ
るいはリレーレンズとして第１の計算機ホログラム２１
と第２の計算機ホログラム２２を用い、公知のフォーカ
シング誤差信号検出手段から得られる制御信号に基づい
て、固定電磁石５への通電量を制御することで、２枚の
計算機ホログラムの合成関数による球面波の集光点を光
軸方向に移動させてフォーカシング制御を行なうことが
できる。

【０１００】この時、本実施例のマイクロ光デバイスに
おいては、可動部が平板光学素子である第１の計算機ホ
ログラム２１と第２の計算機ホログラム２２と磁性薄膜
４とから構成されている。

【０１０１】したがって、従来の３次元的なレンズある
いはミラーと、導線を巻装してなるコイルを可動部とし
て構成されたフォーカシング制御用のアクチュエータと
比較して小型化、薄型化、軽量化が達成できる。

【０１０２】なお、本実施例では、磁性薄膜とプリント
コイルの組合せによる電磁気的な駆動手段を用いたが、
例えば圧電薄膜等の他の駆動手段を用いることが可能な
ことは言うまでもない。

【０１０３】また、本実施例では△ｘの平行移動により
合成関数のビートを発生する構成としたが、回転でビー
トを発生させるには、極座標で（数１０）から（数１
３）を表現して計算機ホログラムを設計すればよい。こ
のようにすれば、平行移動ではなく、２枚の計算機ホロ
グラムの相対的な回転による合成関数のビートから任意
の波面を作り出すことができる。なお、この時の回転駆
動手段としては、例えば、図８の一対の弾性支持部材３
を片方のみの構成とすることで実現できる。すなわち、
この場合には第１の計算機ホログラムは、弾性支持部材
３の固定部材６に対する固着点を中心として回動するこ
ととなり２枚の計算機ホログラム間の相対的な回転が実
現できる。

【０１０４】（実施例５） 次に、本発明の実施例５の静電マイクロ光デバイスにつ
いて図面を参照しながら以下に説明する。図９は本実施
例の構成を示す図であり、同図（ａ）はその側面断面
図、同図（ｂ）はその正面図である。図中の番号で図１
〜図８と同一のものは同一機能のものを示す。

【０１０５】本発明の実施例３の静電マイクロ光デバイ
ス（図７参照）と異なる点は、本実施例では１対のゾー
ンプレートではなく第１の計算機ホログラム２１（図示
せず）と第２の計算機ホログラム２２からなる１対の計
算機ホログラムを用いていることである。これらの計算
機ホログラム２１、２２は、図８に示した計算機ホログ
ラム同様に（数１０）〜（数１３）に基づいて形成され
ており、かつ２枚の計算機ホログラムは重ねて配置され
ている。

【０１０６】以上のように構成された本実施例の動作を
以下に説明する。図示していない駆動部により、可動櫛
歯状突起部１５と固定櫛歯状突起部１６の電極間に電界
を作用させ静電力を発生させることで、第２の光透過性
基板１８上の第２の計算機ホログラム２２は、その光軸
と直交する方向すなわち図９に矢印で示した方向に移動
する。このようにして第１の計算機ホログラム２１と第
２の計算機ホログラム２２に相対的な微小変位△ｘを変
化させることで、（数１０）〜（数１３）で示した関係
から２枚の計算機ホログラム合成関数のビートによる球
面波の焦点距離ｆが変化する。その結果、焦点位置が光
軸方向に移動することとなる。

【０１０７】従って、例えば光ヘッドの対物レンズ、あ
るいはリレーレンズとして第１の計算機ホログラム２１
と第２の計算機ホログラム２２を用い、公知のフォーカ
シング誤差信号検出手段から得られる制御信号に基づい
て可動櫛歯状突起部１５と固定櫛歯状突起部１６の電極
間に作用させる電界を制御することで２枚の計算機ホロ
グラムの合成関数のビートによる球面波の集光点を光軸
方向に移動させてフォーカシング制御を行なうことがで
きる。

【０１０８】この時、本実施例の静電マイクロ光デバイ
スにおいては、可動部が平板光学素子である第１の計算
機ホログラム２１と第２の計算機ホログラム２２と可動
櫛歯状突起部１５とから構成されている。

【０１０９】したがって、従来の３次元的なレンズある
いはミラーと、導線を巻装してなるコイルを可動部とし
て構成されたフォーカシング制御用のアクチュエータと
比較して小型化、薄型化、軽量化が達成できる。

【０１１０】さらに微小変位領域においては従来の電磁
駆動方式と比較して格段に効率の高い静電駆動方式を用
いているため低消費電力化が可能となる。

【０１１１】なお、本実施例では△ｘの平行移動により
ビートを発生する構成としたが、回転でビートを発生さ
せるには極座標で（数１０）〜（数１３）を表現して計
算機ホログラムを作成すればよい。このようにすれば、
平行移動ではなく２枚の計算機ホログラムの相対的な回
転による合成関数のビートから任意の波面を作り出すこ
とができる。なお、この時の回転駆動手段は、例えば、
図９の可動櫛歯状突起部１５と固定櫛歯状突起部１６を
円弧状に形成することで実現できる。

【０１１２】

【発明の効果】以上のように、第１の本発明の静電マイ
クロ光デバイスは、ゾーンプレ−トが形成され、かつ、
その周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された光透過性の
可動基板と、この可動基板を静電力により駆動するため
に前記可動基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置され
る櫛歯状突起がその周辺部に形成された固定基板とを設
け、静電力によりゾーンプレートをその光軸と直交する
方向に移動させることで光ビームの集束点を移動させる
ことが可能な薄型、軽量、低消費電力の静電マイクロ光
デバイスである。

【０１１３】さらに、第２の本発明のマイクロ光デバイ
スは、マイクロリソグラフィ等の手段により第１のゾー
ンプレートが形成された第１の光透過性基板と、第２の
ゾーンプレートが形成された第２の光透過性基板とを重
ねて配置し、前記第１および第２の光透過性基板を相対
的に回転あるいは平行移動させた結果生ずる２つのゾー
ンプレートのビートにより球面波や円筒面波を発生さ
せ、かつ、２枚のゾーンプレート間の相対変位により球
面波あるいは円筒面波の曲率半径を変化させてその集光
点を光軸方向に変化させることが可能な薄型、軽量のマ
イクロ光デバイスである。

【０１１４】また、第３の本発明の静電マイクロ光デバ
イスは第１のゾーンプレートが形成された第１の光透過
性基板と、第２のゾーンプレートが形成され、かつ、そ
の周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された第２の光透過
性基板と、この第２の光透過性基板を回転あるいは平行
移動させる静電駆動力を発生させるために前記第２の光
透過性基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置される櫛
歯状突起電極部をその周辺部に設けた固定基板とにより
以下の作用を発生させる。すなわち、重ねて配置した第
１および第２のゾーンプレートを静電力によって相対的
に回転あるいは平行移動させた結果生ずる２つのゾーン
プレートのビートにより球面波や円筒面波を発生させ、
さらに、２枚のゾーンプレート間の相対変位により球面
波あるいは円筒面波の曲率半径を変化させてその集光点
を光軸方向に変化させることが可能な薄型、軽量、低消
費電力の静電マイクロ光デバイスである。

【０１１５】さらに、第４の本発明のマイクロ光デバイ
スは、マイクロリソグラフィ等の手段により第１の振幅
型あるいは位相型の計算機ホログラムが形成された第１
の光透過性基板と、第２の振幅型あるいは位相型の計算
機ホログラムが形成された第２の光透過性基板と、前記
第１および第２の基板を相対的に回転あるいは平行移動
させる駆動手段とを備えたことにより以下の作用を発生
させる。すなわち、重ねて配置した前記第１および第２
の光透過性基板を相対的に回転あるいは平行移動させる
ことにより、２枚の計算機ホログラムの位相項の光学的
な積によって生ずる球面波や円筒面波の曲率半径を変化
させてその集光点を光軸方向に変化させることが可能な
薄型、軽量のマイクロ光デバイスである。

【０１１６】また、第５の本発明の静電マイクロ光デバ
イスは、第１の振幅型あるいは位相型の計算機ホログラ
ムが形成された第１の光透過性基板と、第２の振幅型あ
るいは位相型の計算機ホログラムが形成され、かつ、そ
の周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された第２の光透過
性基板と、この第２の光透過性基板を回転あるいは平行
移動させる静電駆動力を発生させるために前記第２の光
透過性基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置される櫛
歯状突起電極部をその周辺部に設けた固定基板とを備え
ることで以下の作用を発生させるものである。すなわ
ち、重ねて配置した前記第１および第２の計算機ホログ
ラムを静電力によって相対的に回転あるいは平行移動さ
せることにより、２枚の計算機ホログラムの位相項の光
学的な積によって生ずる球面波や円筒面波の曲率半径を
変化させてその集光点を光軸方向に変化させることが可
能な薄型、軽量、低消費電力の静電マイクロ光デバイス
である。

【０１１７】したがって、このような小型軽量のマイク
ロ光デバイスあるいは静電マイクロ光デバイスを例え
ば、光ヘッドのフォーカシング制御やトラッキング制御
に用いれば高速アクセス化が実現できるなどの作用効果
を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例のマイクロ光デバイスの平面図

【図２】同参考例における主要部断面図

【図３】同参考例におけるＦＺＰの結像関係を示す図

【図４】本発明の実施例１の静電マイクロ光デバイスの
平面図

【図５】本発明の実施例２のマイクロ光デバイスの構成
を示す図

【図６】同実施例の主要部の平面図

【図７】本発明の実施例３の静電マイクロ光デバイスの
構成を示す図

【図８】本発明の実施例４のマイクロ光デバイスの構成
を示す図

【図９】本発明の実施例５の静電マイクロ光デバイスの
構成を示す図

【符号の説明】

１ ＦＺＰ ３ 弾性支持部材 ４ 磁性薄膜 ７ 可動櫛歯状突起部 ８ 固定櫛歯状突起部 １２ 第１のゾーンプレート １３ 第２のゾーンプレート ２１ 第１の計算機ホログラム ２２ 第２の計算機ホログラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 厚司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−58014（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 26/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゾーンプレ−トが形成され、かつ、その周
   辺部に櫛歯状突起電極部が形成された光透過性の可動基
   板と、この可動基板を静電力により駆動するために前記
   可動基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置される櫛歯
   状突起電極部がその周辺部に形成された固定基板とを有
   することを特徴とする静電マイクロ光デバイス。
2. 【請求項２】第１のゾーンプレートが形成された第１の
   光透過性基板と、第２のゾーンプレートが形成された第
   ２の光透過性基板と、前記第１および第２の光透過性基
   板を相対的に回転あるいは平行移動させる駆動手段とを
   備え、かつ、前記第１および第２のゾーンプレートを重
   ねて配置したことを特徴とするマイクロ光デバイス。
3. 【請求項３】第１のゾーンプレートが形成された第１の
   光透過性基板と、第２のゾーンプレートが形成され、か
   つ、その周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された第２の
   光透過性基板と、この第２の光透過性基板を回転あるい
   は平行移動させる静電駆動力を発生させるために前記第
   ２の光透過性基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置さ
   れる櫛歯状突起電極部をその周辺部に設けた固定基板と
   を備え、かつ、前記第１および第２のゾーンプレートを
   重ねて配置したことを特徴とする静電マイクロ光デバイ
   ス。
4. 【請求項４】第１の振幅型あるいは位相型の計算機ホロ
   グラムが形成された第１の光透過性基板と、第２の振幅
   型あるいは位相型の計算機ホログラムが形成された第２
   の光透過性基板と、前記第１および第２の光透過性基板
   を相対的に回転あるいは平行移動させる駆動手段とを備
   え、かつ、前記第１および第２の計算機ホログラムを重
   ねて配置したことを特徴とするマイクロ光デバイス。
5. 【請求項５】第１の振幅型あるいは位相型の計算機ホロ
   グラムが形成された第１の光透過性基板と、第２の振幅
   型あるいは位相型の計算機ホログラムが形成され、か
   つ、その周辺部に櫛歯状突起電極部が形成された第２の
   光透過性基板と、この第２の光透過性基板を回転あるい
   は平行移動させる静電駆動力を発生させるために前記第
   ２の光透過性基板の櫛歯状突起電極部と対向して配置さ
   れる櫛歯状突起電極部をその周辺部に設けた固定基板と
   を備え、かつ、前記第１および第２の計算機ホログラム
   を重ねて配置したことを特徴とする静電マイクロ光デバ
   イス。