JPS6196532A - 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
シ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６〔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、レンズは土にガラスにより名が成される
。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６３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
６５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
イスフであり、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■１とフォトダイオードＰ２の出力電圧ｖ２の差
（Ｖ　１−Ｖ　２）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、その太きさは最
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、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８１
６゜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１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６ 〔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ｌ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ック図を
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Ｍ７００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並びにアク
チュエータ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、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６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と加算器８４０で加算され
、駆動回路８４１を介して圧電素子５４が駆動信号Ａｌ
、、＝ＦＡ１＋ＴＡ４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
Ａ２＝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８
３８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
１．　　トラッキング制御信号ＴＡ４による駆動信号Ａ
ｌ＝ＦＡ１＋ＴＡ３、Ａ２；ＦＡｌ−ＴＡ４．によって
駆動され、トラッキング制御４８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、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Ｆ
ＡＩ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、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
との関係から、Ａ１＝ＦＡ１＋ＴＡ４．Ａ２＝ＦＡ１−
ＴＡ４となる。これらの駆動信号Ａｌ、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、反対に設定する。

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が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、移動トラック摺合ＡＤＬにより、ビ
ーム光°の照射トラックが移動トランク指令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１ｏｏｘ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ど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に基準信号ＣＬ２に対するクロックＣ
ＬＩ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７着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６ 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、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：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ｆ。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
ｒｌｌ　ｒｍ１　　ｒ３”’　ｒｍとした時１．１α了
ｆａ”ｚ　　　　　　　　・・・（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ｒ
ｌ　は図中２０６．ｒ、は２０７、ｒ、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
式焦点位置検呂方式は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べ、透過ビームを、
ある方向に長いだ円から、その方向に対して直角方向に
長いだ円まで変化させることで焦点位置を検畠する手法
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Ｒｆは次の式により決
定される。

ｆ　＝（ｒ、）”／　ｎ　２．　　　　　　　　　　　
・・１２）（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で示される複合化フレネ
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。

この複合化プ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図に複合化フ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置Ｊ１は式
（２）よりｊ、＝（ｒ、）”／ｎλ　　　　　　　　　
・・・（３）として与えられる。ｒ９は中心から縦方向
の最大距離で図中、ｒ□は６１２、ｒ２は６１３、・・
・ｒ８は６１５で与えられる。

また同様に横方向の溝による焦点位Ｍｆ、は式％式％（
４） である。ｒ　／は中心から横方向の最大距離で図中ｒ工
′は６１９、ｒ　、　／は６２０、・・・ｒ、　／は６
２２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、プラスチックスの透明
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は前記の（１）
式で与えられる。

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Ｉ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。５３゜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５４．５
６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撮らせ
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５４．５
４’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ＬＸ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５
２に垂直変位ＡＺ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９１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ラ１〜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、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
ク検知用小レンズ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２＋ｎｍで検知用レ
ンズ５８．５９の直径が０．５　ｍｍ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。レーザダイオードか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できる。

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／Ｎ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フレネルゾーンプ
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・・・　　′箔Ｉ　ＩＩＩ　Ｃｂ） Ｌ１ ＋０００ Ｙ：Ｊら口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、端部を固定された薄膜状レンズの周囲に圧電素子を
   備えた光学レンズ装置。 ２、端部を固定され弾性を有する薄膜状レンズの周囲に
   圧電素子を備えた光学レンズ装置。 ３、端部を固定された薄膜状レンズの周囲に圧電素子を
   備え、圧電素子に印加する電圧を調整して薄膜状レンズ
   の焦点位置を制御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、薄膜状レンズを
   介して対向する位置に設けられた圧電素子に同極性、同
   電位の電圧を印加し高さ方向の焦点位置を調整すること
   を特徴とする光学レンズ装置。 ５、第３項の光学レンズ装置において、薄膜状レンズを
   介して対向する位置に設けられた圧電素子に異極性又は
   同極性異電位の電圧を印加し側方方向の焦点位置を調整
   することを特徴とする光学レンズ装置。 ６、端部を固定され弾性を有する薄膜状レンズの周囲に
   圧電素子を備えた光学レンズ装置であって、前記薄膜状
   レンズは該レンズと対向する位置に設けられ回転する記
   録媒体に光ビームを照射しその反射光に基づいて記録媒
   体の記録情報を再生するための第１の薄膜状レンズと、
   記録媒体の回転方向と直角方向に配置された１対のレン
   ズであつて一方より入射し他方より反射光を受取りトラ
   ッキングを行なう第２の薄膜状レンズとを備え、前記圧
   電素子は第２の薄膜状レンズと同方向の外部側に一対設
   けられ第２の薄膜状レンズを介して得た反射光にもとづ
   いて印加電圧が調整されることを特徴とする光学レンズ
   装置。 ７、端部を固定され弾性を有する薄膜状レンズの周囲に
   圧電素子を備えた光学レンズ装置であつて、前記薄膜状
   レンズは該レンズと対向する位置に設けられ回転する記
   録媒体に光ビームを照射しその反射光に基づいて記録媒
   体の記録情報を再生するための第１の薄膜状レンズと、
   記録媒体の回転方向に配置された１対のレンズであつて
   一方より入射し他方より反射光を受取りジッタリングを
   行なう第３の薄膜状レンズとを備え、前記圧電素子は第
   ２の薄膜状レンズと同方向の外部側に一対設けられ第３
   の薄膜状レンズを介して得た反射光にもとづいて印加電
   圧が調整されることを特徴とする光学レンズ装置。 ８、端部を固定され弾性を有する薄膜状レンズの周囲に
   圧電素子を備えた光学レンズ装置であつて、前記薄膜状
   レンズは該レンズと対向する位置に設けられ回転する記
   録媒体に光ビームを照射しその反射光に基づいて記録媒
   体の記録情報を再生するための第１の薄膜状レンズと、
   記録媒体の回転方向と直角方向に配置された１対のレン
   ズであつて一方より入射し他方より反射光を受取りトラ
   ッキングを行なう第２の薄膜状レンズと、記録媒体の回
   転方向に配置された１対のレンズであつて一方より入射
   し他方より反射光を受取りジッタリングを行なう第３の
   薄膜状レンズとを備え、前記圧電素子は第２の薄膜状レ
   ンズと同方向の外部側に一対設けられ第２薄膜状レンズ
   を介して得た反射光にもとづいて印加電圧が調整される
   第１の圧電素子と、第３の薄膜状レンズと同方向の外部
   側に一対設けられ第３の薄膜状レンズを介して得た反射
   光にもとづいて印加電圧が調整される第２の圧電素子と
   を備えることを特徴とする光学レンズ装置。 ９、端部を固定され弾性を有する薄膜状レンズの周囲に
   圧電素子を備えた光学レンズ装置であつて、前記薄膜状
   レンズは該レンズと対向する位置に設けられ回転する記
   録媒体に光ビームを照射しその反射光に基づいて記録媒
   体の記録情報を再生するためのものとされ、圧電素子は
   記録媒体の回転方向に薄膜レンズを介して一対配置され
   、記録情報の消去の際に高周波の信号が印加され長円ビ
   ームを作ることを特徴とする光学レンズ装置。 １０、端部を固定された薄膜状レンズが弾性を有するこ
   とを特徴とする光学レンズ装置。 １１、第１０項のレンズにおいて、薄膜状レンズが１個
   または複数個の円状または矩形状の光を記録媒体上に形
   成できることを特徴とする光学レンズ装置。