JPS6191622A - 光学レンズ装置 - Google Patents

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、ＰＢＳ３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の光スポツ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Ｌ５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からの駆動制御出方に
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
力電圧ｖ１とフォトダイオードＰ２の出力電圧ｖ２の差
（Ｖｌ−Ｖ２）の出力信号を検出することによって、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
に照射されているか否かを判別する。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Ｐ３ｋＰ４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
Ｌ５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
１７１出力電圧Ｖｌ、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゜８１２．８
１３，８１４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、８１８，８１
９はばね１，８２０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８１８，８１９により
、光学ヘッドのフレーム８２０に据付けである。磁石８
１６゜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８１８，８１９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問題がある。

〔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。

〔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であるコ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
ーザ破ダイオード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６
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７クチ
ユ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。

レンズ５について説明する。コリメーションレンズ２に
ついて、第１図、第５図を用いて説明する。

第１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で示されるフ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１
０１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５図の２０１ａ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：２１１
．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ｒ
ｌｔ　　ｒｌｌ　　Ｋ’ａ°°°ｒ、とした時１．：ム
ｆ、−２，・・・（１） なる式が成り立つ、ここでλは入射する光の波長である
。具体的にはｒｌは図中２０６　、ｒ、は２０７、ｒ、
は２０９で示される。

〔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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主要部であるコリメーションレンズの
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
明の実施例のフレネルゾーンプレートの説明図、第６図
は本発明の実施例の全体構成図である。 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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源からのだ円光をコリメーションレンズにより円
   形光とし偏光ビームスプリッタ、対物レンズを介して記
   録媒体に照射し、その反射光を対物レンズ、偏光ビーム
   スプリッタ、カップリングレンズ関介して光検知器で検
   知する光学レンズ装置において、前記コリメーションレ
   ンズは光源からのだ円光を照射され、だ円光の長手方向
   に溝が形成された第１のフレネルゾーンプレート、該第
   １のフレネルゾーンプレートにより結像したのち光を照
   射され第１のフレネルゾーンプレートと同方向に溝が形
   成された第２のフレネルゾーンプレートとより構成され
   ることを特徴とする光学レンズ装置。