JPS6191620A

JPS6191620A - 光学レンズ装置

Info

Publication number: JPS6191620A
Application number: JP21136884A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Tsuboi; 坪井　信義; Satoshi Shimada; 智嶋田; Hiroshi Sasaki; 宏佐々木; Hideki Nihei; 秀樹二瓶; Norifumi Miyamoto; 詔文宮本; Tetsuo Ito; 伊藤　鉄男; Yoshio Sato; 佐藤　美雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1986-05-09
Also published as: JPH0576012B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は光デイスク装置、カメラ、レーザービームプリ
ンタなどの焦点調整を必要とする光学系に利用するに好
適な光学レンズ装置に関する。

〔発明の背景〕

上記したところの装置は多くのレンズにより構成される
光学系であり、レンズは主にガラスにより構成される。

かつレンズのうち多くのものは焦点調整を自動的に行な
う必要があるために、レンズの駆動機構を有している。

係る光学系の代表的−例として光デイスク装置について
、以下説明する。光デイスク装置は雑誌「日立評論Ｊ　
１９８４年８月号等にてすでによく知られたものである
。

第２図は従来の光デイスク装置の光学系の全体構成を示
す、同図の各部の記号とその動作について以下に説明す
る。１は光源となるレーザダイオードである。２はコリ
メーションレンズで、レーザーダイオード１の光束を平
行光にする。３は偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと
略称する）で。

コリメーションレンズの出力光を透過するとともに、つ
ぎに述べる記号４で示すλ／４板からのもどり光を屈折
する。λ／４板４はＰＢＳ３で入射光と反射光の識別を
容易にするために光の位相偏光に用いる。５は対物レン
ズであり、入射光を集光するために用いられる。６はカ
ップリングレンズで、ＰＨ１０からの光束を受けてこれ
を集光させる。カップリングレンズ６は直交された２つ
のかまぼこ形レンズで構成されている。、７は光検知器
である。光検知器７はカップリングレンズ６からの入射
光Ｌ６の光スポツト形状を検知することによって対物レ
ンズ５からの出力光Ｌ５の光スポ′ット形状を間接的に
検知する。８はアクチュエータであり、アクチュエータ
８は光検知器７の出力に従い、対物レンズ５の出力光Ｌ
５の焦点位置を調整する。８１はレンズ駆動部であり、
レンズ駆動部８１はアクチュエータ８からの駆動制御出
力によって、対物レンズ５の位置を調整する。９は情報
を光学的に記録、再生、消去等が可能なディスクであり
、その一部を示す。ディスク９は対物レンズ５からの出
力光Ｌ５がディスク面上に所望の光スポットを照射する
ことによって、上記の記録、再生、消去などを可能にし
ている。１０はモータであり、ディスク９はモータ１０
により駆動する。

第３図は第２図に示した光検知器７の従来の実施例を示
す。同図において、Ｌ６は第２図のカップリングレンズ
６の出力光Ｌ６を示す、Ｐｌ。

Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４はそれぞれ光量を電気信号に変えるた
めのフォトダイオードである。入射光Ｌ６の光スポット
が真円のとき、フォトダイオードＰＬ、Ｐ２．Ｐ３．及
びＰ４の出力電圧をそれぞれＶｌ、Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４と
すると、これらはそれぞれ等しくなるように整定しであ
る。７１゜７２はそれぞれディスク９上にトラッキング
を行うための減算器である。フォトダイオードＰ１の出
方電圧ｖ１とフォトダイオードＰ２の出方電圧ｖ２の差
（Ｖｌ−Ｖ２）の出力信号を検出することによって１間
接的に対物レンズ５からの出力光Ｌ５が所定のライン上
に照射されているが否かを判別する。もし、対物レンズ
５の出力光Ｌ５がディスク９の情報記録ラインに対称に
当っていないときには、出力電圧ｖ１とｖ２に差を生じ
るので。

その差の大きさ、及び符号により、ディスク９上の記録
ラインからずれていることを検知し、その差がなくなる
まで、対物レンズ５の位置を制御するためのトラッキン
グ制御信号ＴＡＩを出力する。

減算器７２についても減算器７１と同様に、フォトダイ
オードＰ３とＰ４の出力電圧ｖ３とｖ４を入力信号とし
て、トラッキング制御信号ＴＡ２を得る。７３．７４は
加算器、７５は比較器であり、対物レンズ５の出力光Ｌ
５がディスク９に当る焦点深度を調整するためのオート
フォーカス制御用の出力信号ＦＡを得る部分である。こ
れは、焦点深度がディスク９の記録ラインに合致してい
るときには入射光Ｌ６が真円の状態でフォトダイオード
ＰＬ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４に均等に入射し、しかもその光
束量も最も大きく、出力電圧Ｖｌ。

Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４がそれぞれが等しく、その大きさは最
大になる。もし、焦点深度がずれて、入射光Ｌ６がだ円
形状になり、フォトダイオードＰ１゜Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４
（７）出力電圧Ｖ１．Ｖ２．Ｖ３゜ｖ４で作成した（Ｖ
１＋Ｖ３）と（Ｖ２＋Ｖ４）の値に差を生じないように
なる。この現象を加算器７３，７４、及び比較器７５を
用いて検出し。

その出力信号ＦＡが零になるまで、対物レンズ５の位置
を調整する。第４図はトラッキング、及びオートフォー
カス制御による対物レンズ５の駆動部の従来実施例を示
す。同図において、８１１゜８１２．８１３，８１４は
コイルである。８１５は対物レンズ５のホルダーである
。８１６，８１７は磁石、８１８，８１９はばね、８２
０はフレームである。対物レンズ５はホルダー８１５で
固定され、ばね８，１８，８１９により、光学ヘッドの
フレーム８２０に据付けである。磁石８１６゜８１７は
対物レンズ５の位置を定める要素のひとつとして用いる
もので、ホルダー８１５を鉄片など磁性体とすることに
より磁石８１６，８１７に吸引力と、ばね８１８，８１
９の引張り強さにより対物レンズ５の位置が定まってい
る。第３図からのフォーカス制御用出力信号ＦＡにより
、コイル８１１，８１２にも電流を流し、対物レンズ５
の位置を上、下に動かし、所望の焦点深度にする。

トラッキング制御信号ＴＡ、ＴＢはそれぞれコイル８１
３，８１４に電流を流し、対物レンズ５の左右の位置を
調整し、所望のトラッキングを行う。

以上、従来の方式によれば、ディスクの記録ラインに対
して、光スポットを正確に照射するためのトラッキング
、及び焦点深度の制御を行うことができる。

このように、光デイスク装置は非常に複雑な光学系であ
り、各部の位置、角度等を厳密に調整することが不可欠
である。また対物レンズなど焦点の自動調整を要するも
のについてみると、第４図に示したように多くの構成部
品を有し、かつガラスレンズを使用するために慣性が大
きく応答が遅いという間層がある。

〔発明の目的〕

以上のことから、本発明においては特にレンズを軽量・
簡便なものとし、小形で応答することのできる光学レン
ズ装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明においては、レンズとして薄膜状のマイクロフレ
ネルレンズを使用する。さらには薄膜状レンズの上に圧
電素子を設け、その印加電圧を制御して焦点調整する。

（発明の実施例〕第６図は本発明の一例を示す全体構造図である。

レーザーダイオード１からでた発散光は、後述するマイ
クロフレネルレンズＭＦＬであるジリメーションレンズ
２で平行光になり、偏光ビームスプリッタ３を透過して
、直線偏光となり後述するＭＦＬである対物レンズ５で
絞られてディスク９に焦点を結ぶよう構成される。ここ
で、偏光ビームスプリッタはよく知られているようにλ
／４板との組合せにより、ディスク面で反射した光がレ
ーザーダイオード１に戻るのを防止するために用いられ
ている。すなわち、λ／４板４はカットされた面内に含
まれる光学軸と４５度を成す方向に振動する直線偏光を
円偏光に、円偏光を直線偏光に変える働きをする位相差
板である。ディスクから反射した光がλ／４板４を通る
と直線偏光の方向は入射時のそれから９０度変換される
。したがってディスクからの反射光は偏光ビームスプリ
ッタ３でレーザーダイオード１側へは戻らずに全光量が
光検知器７側へ屈折される。カップリングレンズ６は後
述するようなマイクロフレネルレンズであるので、対物
レンズ５とディスク９の距離により光検知器７に作るス
ポット形状が異なり、これは検知器の信号の増減として
捕えられる。このため光検知器７の信号を用いて、対物
レンズ５とディスク９の距離すなわち、フォーカシング
と半径方向すなわちトラッキングの制御を行うことがで
きる。このフォーカシング、トラッキングは対物レンズ
５を支承しているバネ５３に設けられた圧電素子５４．
５６に与える電圧を制御することにより行うことができ
る。この詳細については後述する。

このように本発明によれば、従来必要とされていた高価
なコリメーションレンズ、対物レンズ、およびシリンド
リカルレンズを安価なマイクロフレネルレンズにするこ
とができるばかりでなく。

それらを偏光ビームスプリッタ３に直接接合することに
より時間を要する光軸調整の手間を省くことができる。

また、対物レンズの軽量化と柔かいバネ５３で支承した
ことにより、圧電素子５４゜５６で制御することが可能
となり、構造が単純になり周波数特性も向上する。さら
に全体の構成を見るとレーザーダイオード１からアクチ
ュエータを含んだ対物レンズ５までの光ヘッドを小形化
することができる。

第５図に本発明を実施したときの制御系のブロツク図を
示す。

第５図では、光学ヘッドを制御するアクチュエータ並び
にディスク駆動用のモータの概略の制御回路図を示す。

第５図の７は光学ヘッド中の光検知器、８３１は光検知
器７の出力、焦点制御信号ＦＡに、応じて光学ヘッドを
制御するアクチュエータ８３４を駆動し、光学ヘッドの
対物レンズ５からの光ビームをディスク９上に焦点を合
わせるオートフォーカスサーボ回路、８３２は光検知器７の出力、トラッキング制御信号ＴＡ
Ｉ、ＴＡ２に応じてアクチュエータ８３４を駆動し、光
学ヘッドの対物レンズ５からの光ビームを、ディスク９
のトラック上に位置決めするオートトラッキングサーボ
回路。

１０００は復調回路の出力、再生信号ＳＲに応じてモー
タ１０を駆動し、ディスク７の回転数制御を行う回転制
御回路である。

復調回路７００は光検知器７の出力、トラッキング制御
信号ＴＡＩ、ＴＡ２から再生信号を復調する復調回路で
ある。

第７図では、オートフォーカスサーボ８３１並びに７ク
チユエータ８の詳細構成を示す。

光検知器７からの焦点制御信号ＦＡは１位相補償回路８
３５、フォーカスＡＧＣ（自動ゲイン調整）回路８３６
、切換回路８３９を介して、書込み読出しの各モードに
対して一定の大きさにゲイン調整された焦点制御信号Ｆ
ＡＩとなる。

焦点制御信号ＦＡＩは、ゲイン調整されたトラッキング
制御信号ＴＡ４と加算［８４０で加算され、駆動回路８
４１を介して圧電素子５４が駆動信号Ａ１＝ＦＡ１＋Ｔ
Ａ４に応じて駆動される。

同様に、ゲイン調整されたトラッキング制御信号ＴＡ４
に対して、焦点制御信号ＦＡＩは引算器８４２で引算さ
れ、駆動回路８４３を介して圧電素子５６が駆動信号Ａ
２＝ＦＡ１−ＴＡ４に応じて駆動される。

また、ディスクが装着されていない場合には、三角波発
生器８３７の出力が切換回路８３９を介して駆動回路８
４１，８４３に入力され、圧電素子５４．５６の変位に
より対物レンズが上下動し、ディスク９が装着されて、
焦点制御信号ＦＡが検知器８３１９に入力されると、切
換回路８３９がＡ側に切換り、オートフォーカスサーボ
に引込まれる。

上述のように、圧電素子５４．５６は焦点制御信号ＦＡ
Ｉ、トラッキング制御信号ＴＡ４による駆動信号Ａ１＝
ＦＡ１＋ＴＡ３、Ａ２＝ＦＡ１−ＴＡ４．によって駆動
され、トラッキング制御信号が正になると例えば圧電素
子は伸び、このため対物レンズ５はディスク９に接近す
る。合焦点位置に対物レンズ５がある時に、フォーカス
制御信号ＦＡＩが零で１合焦点時より対物レンズ５がデ
ィスク９から遠ざかると、フォーカス制御信号ＦＡＩが
正方向に変化するように設定しておけば、上述の圧電素
子５４．５６の変位により、対物レンズ５がディスク９
に接近し１合焦点位置まで移動する。このように、上述
のオートフォーカス制御回路により、ディスク９の面振
れ等に対して、常に対物レンズ５の焦点をディスク９上
に合わせることが可能となる。

第８図では、第５図のオートトラッキングサーボ８３２
並びにアクチュエータ８の詳細構成を示す。

トラッキング制御信号ＴＡＩとＴＡ２は、比較器８５０
にて、トラッキング制御信号ＴＡ３　（＝ＴＡ　１−Ｔ
Ａ　２）に変換される。

このトラキラキング制御信号ＴＡ３は、位相補償回路５
８１、トラッキングＡＧＣ回路８５２を介して、加算器
８５３の入力となる。

一方、ジャンプ指令ＪＣがジャンプパルス発生回路８５
４に加えられ、この出力ジャンプパルスＪＰも加算器８
５３の入力となる。

この加算器８５３の出力ＴＡ４は、加算器８４０゜引算
器８４２にそれぞれ加えられ、これらの加算器８４０．
引算器８４２の出力Ａｌ、Ａ２は、焦点制御信号ＦＡＩ
とＣ関係から、Ａ１．、＝ＦＡ１＋ＴＡ４．Ａ２＝ＦＡ
ｌ−ＴＡ４となる。これらの駆動信号ＡＩ、Ａ２が駆動
回路８４１，８４３を介して圧電素子５４．５６に加え
られ、これらの圧電素子５４．５６はトラッキング制御
信号ＴＡ４に応じて変位する。

これらの圧電素子５４．５６に加えられる駆動信号Ａｌ
、Ａ２中のトラッキング制御信号ＴＡ４の符号は、トラ
ッキング制御信号ＴＡ４に対して２つの圧電素子５４．
５６が逆の動き（一方が伸びる場合は、他方が縮む）と
なるように１反対に設定する６従って、圧電素子５４．５６にトラッキング制御信号Ｔ
Ａ４に応じて生じる変位は、対物レンズ５からのビーム
光がディスク９上のトラックに対して直角方向に移動せ
しめるように、ディスク９の表面に対する対物レンズ５
上の平行面からの対物レンズ５の角度を変化させるので
、トラックに対するビーム光のずれを光検知器７によっ
て検出したトラック制御信号ＴＡＩ、ＴＡ２を上述の回
路に加えることにより、トラックに対するビーム光のず
れを無くし、正確にビーム光をトラック上に照射できる
ように制御するオートトラッキングサーボが構成できる
。

また、光ビームの照射するトラックを移動させるトラッ
クジャンプ指令ＪＣが入力されると、トラッキング制御
信号ＴＡ４にジャンプパルスＪＰが加わることにより、
光ビームの照射トラックの移動が行なわれる。

更に、トラック制御信号ＴＡ４は、高周波信号を排除し
、低周波成分のみを通過させる位相補償回路８５４を介
して、低周波トラッキング制御信号ＴＡ５に変換され、
加算器８５５に加わり、更に駆動回路８５６に加えられ
る。

駆動回路８５６は加算器８５５の出力、ヘッド送り信号
Ｈ１に応じて、光学ヘッド送り用のアクチュエータコイ
ル８５７に電流を供給する。

前記トラック制御信号ＴＡ５は高周波成分が排除されて
いるので、ヘッド送り信号Ｈ１はディスクの回転によっ
てビーム光の照射されるトラックが徐々に径方向に移動
することに対応する直流信号となるので、光学ヘッドの
径方向の送りがこの制御系によって行なわれる。

また、ビーム光を照射するトラックを大幅に移動する場
合は、移動トラック指令ＡＤＩが比較器８５９に加えら
れる。

この比較器８５９には、トラッキング制御信号ＴＡ３の
ゼロクロスをトラック数カウンタ８５８によってカウン
トした移動トラック数ＡＤ２が加えられ、移動トラック
指令ＡＤＩから差引いた残りトラック数ＡＤ３が出力さ
れる。

この残りトラック数ＡＤ３は切換回路８６０に加わり、
残りトラック数がＮ以上の場合は電源電圧を、Ｎ以下の
場合は零となる。トラッキング制御信号ＴＡ６が、加算
器８５５に加わる。ここで。

Ｎは、圧電素子５４．５６による対物レンズの移動によ
りトラック制御可能なトラック数である。

上述の構成により、移動トラック指令ＡＤＩにより、ビ
ーム光の照射トラックが移動トラック指令ＡＤＩからＮ
以内に入るまで、光学ヘッドを送り用アクチュエータコ
イルには最大電圧が印加され、最高速で移動し、ビーム
光の照射トラックが移動トラック指令ＡＤＩからＮ以内
に入ると、今度はトラックジャンプ指令がジャンプパル
ス発生回路に入力され、圧電素子５４．５６による対物
レンズ制御により、移動トラック指令ＡＤＩにより指定
されたトラックにビーム光が照射されるように制御され
る。

第９図では、第５図の回転制御１０００、並びにモータ
１０の詳細説明を示す。

加算器７６でトラッキング制御信号ＴＡＩ。

Ｔａ２を加算して、ディスク９に照射したビーム光の反
射光の光検知器７による検出光信号の総和ＳＳを得、プ
リアンプ７７、信号生成回路７８を介して、再生信号Ｓ
Ｒが生成される。

この再生信号ＳＲからクロック分離回路１００１を介し
て再生信号周波数に同期したクロックＣＬＩを出力し、
基準信号発生器の出力パルスＣＬ２を基に前記クロック
ＣＬＩを位相検波器１００２にて位相検波し、クロック
ＣＬＩと基準信号ＣＬ２との位相差に応じた位相検波器
１００２の出力ＣＬ３が。

補償回路１００４を介して駆動回路１００５に加わり、
ディスク回転用のモータ１０のコイル１００６に基準（
ａ号ＣＬ２に対するクロックＣＬ１の位相差に応じた電
流が流れる。従って、ディスクの再生信号周波数が基準
信号周波数に一致する様にモータ１０ａの回転数制御が
行なわれる。

次に第６図のコリメーションレンズ６とカップリングレ
ンズ６について説明する。まず、コリメーションレンズ
２について、第１０図、第１１図を用いて説明する。

第１０図にフレネルゾーンプレートを利用した非等方性
ビーム（だ円ビーム）を等方性ビーム（真円）に変換す
る光学系を示す。２０１で示されるプレネルゾーンプレ
ートは一方向に光を集約する能力を持つ機能素子で１円
柱レンズ（かまぼこ形レンズ）と同じ働きを持ち１円柱
レンズより軽量小形という特徴がある。非等方性ビーム
１０１は２枚のフレネルゾーンプレート２０１によって
等方性ビーム２０２に変換される。

第１１図の２０１８はフレネルゾーンプレート２０１を
上から見た図である。２０１ｂ、２０１ｃはこの素子を
横からみたものを示す、この素子上には凹凸（凹：２１
１．凸：２１０）が次の規則によって交互に作られてい
る。このフレネルゾーンプレートの焦点距離（平行な光
を入射した時に一点に集約するまでの距離）をｆｏとし
、素子の中心に近い順にみぞ、もしくは谷までの距離を
ｒｉｐ　　ｌ”２９　　ｒｌ・・・ｒ、とした時１．＝
ｂｆｏ”ｚ　　　　　　　　　・・・（１）なる式が成
り立つ。ここではλは入射する光の波長である６具体的
にはｒｉは図中２０６．ｒ、は２０７、ｒｌ、は２０９
で示される。

第１２・図と第１３図にフレネルゾーンプレートを利用
した非点収差方式焦点位置検出光学系ならびに、フレネ
ルゾーンプレートの構成図を示す。

これは第６図のカップリング６に相当する。非点収差方
式焦点位置検出方式は２枚の異なる焦点位置を持つシリ
ンドリカルレンズを直交方向にならることで焦点位置を
検出する手法である。

本構成の特徴は直交する２枚のシリンドリカルレンズを
１枚のフレネルゾーンプレートで実現し光学系を軽量小
形にしたことである。

フレネルゾーンプレートの焦点距離ｆは次の式により決
定される。

ｆ＝（ｒ、）”／ｎλ　　　　　　　　　　・・・（２
）ここで、ｎはフレネルゾーンプレートの凹凸の数、ｒ
、は中心からｎ番目の凹凸までの距離、λは光の波長で
ある。すなわちｎの値つまり凹凸の数を変えることによ
り異なった焦点距離を持たせることができる。

具体的な例が第１２図の６０２で示される複合化プレネ
ルゾーンプレートである。たて方向と横方向の凹凸を異
なったピッチで形成し、それぞれの方向に異なった焦点
距離を持たせている。

この複合化フレネルゾーンプレート６０２へ平行ビーム
光６０１を照射すると、その出力ビーム形状は６０３か
ら６０８で示される様に連続的に形状が変化する。光デ
イスク装置の対物レンズが合焦点位置にある時、平行ビ
ームが返ってくるとし、かつその時７１１で示される四
分割センサに真円すなわち６０５の位置に設置しておけ
ば、焦点がずれて、平行ビームがくずれた時、センサ上
のビーム形状は７１１ａ、７１１ｃで示される様に変化
し焦点ずれを検知することができる。

第１３図に複合化プレネルゾーンプレートの詳細を示す
、縦方向ならびに横方向にそれぞれピッチの異なる溝を
オーバーラツプさせて２枚の異なった焦点距離の円柱レ
ンズの役をはたす。縦方向の溝による焦点位Ｗ１ｊ工は
式（２）より／、＝（ｒ、）”／ｎλ　　　　　　　　
　・・・（３）として与えられる。ｒ、は中心から縦方
向の最大距離で図中、ｒ工は６１２、ｒ２は６１３、・
・・ｒ、は６１５で与えられる。

また同様に横方向の溝による焦点位置Ｊ、は式％式％（
４）である。ｒａ　ｌは中心から横方向の最大距離で図中ｒ
よ′は６１９、ｒ２′は６２０、・・・ｒ、　／は６２
２で与えられる。

次に第１図（ａ）、（ｂ）を用いて本発明の主要部で、
ある可動マイクロレンズの実施例の構造と動作を説明す
る。５１はガラス、セラミックス、プラスチツクスの透
明材料からなる基板、５２はこの基板上にホトリソグラ
フィーの技術を応用して形成した薄膜フレネルレンズで
、透明基板中に屈折率分布を作るいわゆるＧＲＩＮ形の
もので基板中に直接不純物を拡散するプロセスで中央か
ら徐々にその間隔が狭くなる複数個の円を屈折率分布で
基板中に作り込む。ｎ番目の円の半径Ｒ３は次式で与え
られる。

Ｒ，＝δＴ７ｎ：自然数 λ：光の波長ｊ：焦点きよりこのようなレンズはフレネルレンズとして従来から知ら
れているが、ホトリソグラフィ微細加工技術を応用する
ことによって超小形のマイクロフレネルレンズを製作で
きる。寸法の一例は、基板の厚みが数１０〜数１００μ
ｍ、フレネルレンズの外径は１００μｍ〜数ｍで極薄、
小径のレンズがホトリソグラフィにより量産できる。５
３゜５５は基板の外側に形成した梁で中央の円形レンズ
部を弾性的に支持する。この上にはＰＶＦ　（ポリ弗化
ビニリデン）などの薄板圧電素子を５４゜５６を被着さ
れる。支持部５３．５５は直交するように形成されてお
り、第１図（ｂ）に示すように圧電素子５４．５６に加
える電圧を調整することによりレンズ５２に入射、集光
する光ビームの方向をそれぞれ梁の方向に振らせる。第
１図（ｂ）にはそれぞれの圧電素子に加える電圧とレン
ズ基板５１の挙動を説明する。圧電素子５４．５４’　
に電圧が印加されない場合（１）のように基板５１の変
形はないから光ビームＬ１は垂直に入射し、ディスク９
に入射する。第１図（ａ）に示したようにディスク９に
レーザ光Ｌ１を照射し、情報を記録する場合にはディス
ク上で約１μｍφのスポット径に集束させる必要がある
のでディスク９の回転などによる上下動がある場合、レ
ンズ５１は常にこれに追随して動き、ディスク９面上に
光ビームＬ１を集束させなければならないにのためディ
スクの上下動を前述したフォーカス検知（第７図参照）
により検出し、ディスク９とレンズ５２の距離が一定に
なるよう制御する。第１図（ｂ）の（２）では圧電素子
５４．５４’に同一極性、同値の電圧を加えることによ
り、弾性支持部５３または５５の対称的に変形させレン
ズ５２に垂直変位ΔＺを与え、ディスク９との距離を一
定に保つ。

また、第１図（ａ）に示すディスク９上の情報ビット９
１は１μｍくらいの小さいものゆえ、これを読取る照射
光はこの寸法精度で制御して情報ビット９１上に当てな
ければならない、これに対し、ディスク９の回転に伴な
う半径方向のふれは数１０μｍと大きいので、ディスク
９上に集束する光スポットはこのふれに追随させる必要
がある。

これはディスク半径方向に配列した弾性支持部５３をこ
の上に被着した圧電素子５４．５４’に異極性の電圧を
加えて非対称に変形させ、第１図（ｂ）（３）に示すよ
うにレンズ５２を傾け（理解しやすいように誇張して描
いである）ディスク９上での光スポットをΔｒふらせて
回転ぶれに追随させる。この要領にてディスク９のトラ
ック方向に配列した弾性支持部５５を非対称に変形させ
ることにより、ディスク９上での光スポットをジッタリ
ングさせることができる。書換可能型光ディスクの対物
レンズとして本発明を応用する場合、ディスク９に書か
れた情報ビット９１を消去するに必要な時間だけ光を照
射する機能としてジッタリングが有用となる。

以上の説明は透明基板上に１個のマイクロフレネルレン
ズを持つ構成について光デイスク用対物レンズを例にと
ってその概略を説明したが１本発明の薄膜レンズ装置は
超小型で低コストゆえ光ビームを２方向に高速スキャニ
ングする装置としてバーコードリーダーやレーザビーム
プリンタ等の情報機器用デバイスとしても有効である。

また、第１図（ａ）の説明では薄膜レンズの実施例とし
て屈折率分布を基板中に形成させる。ＧＲＩＮレンズの
例を述べたが、第１図（ｂ）に示すような、透明基板上
にＰＭＭＡ　（ポリメタアクリレート）をホトレジスト
材として１μｍくらいの膜厚に塗布し、これをホトリソ
グラフィーで微細加工したマイクロフレネルレンズを用
いてもよい。ただし、ＰＭＭＡ材は耐湿性に難があるた
め、長期使用のためにはスタンピングの技法で透明基板
中に溝を形成することによりマイクロフレネルレンズを
構成した方がよい。

第１４図は光デイスク用として必要な機能を具備した薄
膜レンズ装置で、基板５１はガラスなどの透明材料から
なる薄板で中央部には主レンズ５２、周辺部にはトラッ
ク検知用／ｈレンズ５９と情報検知用小レンズ５８が２
個ずつ配置されている。これらのレンズは第１図で説明
したと同じホトリソグラフィ技術を用いて微細加工され
、寸法は主レンズ５２の直径が例えば２ｍ！＋で検知用
レンズ５８．５９の直径が０．５　ｔｒｎである。これ
らのレンズの外側には弾性支持部５３．５５が直交する
関係で配設され、その上には薄板圧電素子５４゜５６が
被着されている。レーザダイオードがらの光は上部から
小レンズ５８．５９の範囲まで入射してくるが、その強
度はガウス分布の周辺付近となる故弱い。これに比較し
、主レンズ５２に入射する光強度は極めて強くディスク
９上に情報ビット９１を書込むに充分なパワーを有する
よう回折限界までスポット径を絞り込まれる。この他に
。

検知レンズ５８で検知した情報ビット９１を消去する場
合には圧電素子５６．５６’に異極性の電圧を印加しな
がらトラック方向（円周方向）にディスク上の光スポッ
トをジッタリング振動させ。

情報ビットを所要の時間照射して消去させる。相変態を
利用する材料は一般的に書込時間より消去時間が長く、
このため光スポットをディスク上の情報ビットに追従さ
せ所要の時間だけ照射する必要がある。小レンズ５９は
トラック検知用の光ビームを情報ビット９１が書込まれ
るラインを検出しラインから光スポットが外れた場合、
圧電素子５４．５４’　に異極性の電圧を与え、前記第
１図（ｂ）の要領でトラッキングを行うためのものであ
る。

第１４図（ｂ）には実施例を示す、これは矢印方向から
来る半導体レーザの出射光を矩形状レンズ５２と円状レ
ンズ５２１に主に取入れ、別の円状レンズ５８にはレー
ザからの出射光強度の低い光を取入れ、ディスク面９に
照射し、読出光９１０゜書込み９２０．消去光９３０を
作るものである。

このようにディスク面に異なる形状強度の光を一枚の基
板５１上に同時に形成することにより、読出し、消去、
書込み作業を任意に実行できる光ディスクに好適な光ヘ
ツド用レンズ装置を提供セきる。

第１５図は本発明による効果のひとつを説明するための
、トラッキング、あるいはフォーカス制御の周波数特性
の概念図を示す。

同図において、Ｆｌは従来の光学ヘッドの制御について
の周波数特性であり、ＦＮは本発明の光学ヘッドについ
ての周波数特性である。

本発明の光学ヘッドは従来のものに比べて、重量が軽く
できるので、レンズの位置を制御するためのばねの強さ
も弱めることができるので、応答範囲を拡大できる。し
たがって、従来よりも高速度で所定の制御が行い得るの
で、ディスク上への記録、及び信号の再生などにおいて
、高速度化、Ｓ／Ｈの向上ができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に述べたように、本発明によれば光学レンズ装
置を簡単、小型に構成することができる。

また焦点、軌道調整容易であり、従来のものに較べて高
い周波数特性を得ることができる。また、一枚の基板上
に書込、消去、軌道及び情報検知機能を有する多機能レ
ンズ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主要部である可動マイクロレンズの実
施例の説明図、第２図は従来の光デイスク装置の光学系
の全体構成図、第３図は従来の光検知器の構成図、第４
図は従来の対物レンズ駆動部の構成図、第５図は本発明
の実施例の制御系のブロック図、第６図は本発明の実施
例の全体構成図、第７図は本発明の実施例のオートフォ
ーカスサーボ系のブロック図、第８図は本発明の実施例
のトラッキングサーボ系のブロック図、第９図は本発明
の実施例の回転制御系のブロック図、第１０図は本発明
の実施例のフレネルゾーンプレートを利用した光学系の
説明図、第１１図は本発明の実施例のプレネルゾーンプ
レートの説明図、第１２図は本発明の実施例のフレネル
ゾーンプレートを利用した非点収差方式焦点位置検出光
学系の説明図、第１３図は本発明の実施例のフレネルゾ
ーンプレートの構成図、第１４図は本発明の他の実施例
の薄膜レンズ装置の構成図、第１５図は本発明による効
果のひとつを説明する、トラッキングあるいはフォーカ
ス制御の周波数特性の概念図である。１・・・レーザダイオード、２・・・コリメーションレ
ンズ、３・・・偏光ビームスプリッタ、４・・・λ／４
板、５・・・対物レンズ、６・・・カップリングレンズ
、７・・・光検知器、９・・・ディスク、５４．５６・
・・圧電素子。

Claims

【特許請求の範囲】１、光源、光源と対向する第１面とこの第１面に対向す
る第２面と第１面の側方面を有する偏光ビームスプリッ
タ、第２面に対向する位置に端部を固定するように設け
られた薄膜状の対物レンズ、対物レンズの周囲に設けら
れた圧電素子、偏光ビームスプリッタの対向面に設けら
れた光検知器とより構成される光学レンズ装置。２、偏光ビームスプリッタの第１面と側方面を薄膜状レ
ンズとすることを特徴とする第１項の光学レンズ装置。３、光源、光源と対向する第１面とこの第１面に対向す
る第２面と第１面の側方面とに夫々レンズを有する偏光
ビームスプリッタ、第２面に対向する位置に端部を固定
するように設けられた薄膜状の対物レンズ、対物レンズ
の周囲に設けられた圧電素子、偏光ビームスプリッタの
対向面に設けられた光検知器とより構成され第１面、側
方面のうち少なくとも１つの面を薄膜状レンズとし、こ
れに圧電素子を配することを特徴とする光学レンズ装置
。４、第３項の光学レンズ装置において、光源と光軸調整
のために第１面の圧電素子に印加する電圧を調整するこ
とを特徴とする光学レンズ装置。