(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に支持され、別個に駆動され得る複数の光反射領域を有するリフレクタと、
を備えた可変形ミラーであって、
前記複数の光反射領域の各々を独立して駆動し、それによって各光反射領域と前記基板との配置関係を制御する複数の駆動部を更に備え、
前記複数の光反射領域の各々は、複数の駆動部によって駆動され、
前記複数の駆動部の各々は、
前記基板に支持された複数の電極と、
前記複数の電極のうちの選択された一方に引き付けられることにより、回動軸を中心に回動する回動部材と、
前記回動軸から離れた位置において前記回動部材と前記リフレクタとを結合する結合部材と、
を備えており、
前記回動部材は、前記回動軸上に配置された支持部と、前記支持部と結合した平板部とを有しており、前記回動部材の前記平板部は、前記回動軸に関して対称な第１導電性部分および第２導電性部分を含み、
前記複数の電極は、前記平板部の第１導電性部分に間隙を介して対向する第１電極と、前記平板部の第２導電性部分に間隙を介して対向する第２電極とを含んでおり、
前記リフレクタの各光反射領域は、前記結合部材を介して、対応する前記駆動部における前記平板部の第１導電性部材および第２導電性部材の一方に結合しており、
前記回動部材の運動に従って、前記結合部材が前記光反射領域を前記基板に対して垂直な方向に変位させ、それによって前記光反射領域と前記基板との平均距離を変化させることができる、可変形ミラー。
【請求項２】
前記複数の駆動部のうちの選択された駆動部において、前記平板部の前記第１導電性部分と前記第１電極との間隔、および前記平板部の前記第２導電性部分と前記第２電極との間隔のいずれか一方を相対的に短くする動作を行うことにより、前記駆動部に結合している前記光反射領域の表面における曲率を変化させることができる請求項１に記載の可変形ミラー。
【請求項３】
前記動作は、前記選択された駆動部における前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方に対して相対的に高い電位を与えることによって実行される請求項２に記載の可変形ミラー。
【請求項４】
前記リフレクタは、その周縁が前記基板に固定された変形可能な膜から構成されており、
前記膜には予め張力が付与されている請求項１から３のいずれかに記載の可変形ミラー。
【請求項５】
前記反射膜は、前記基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料から形成され、
前記反射膜は、使用温度に比べて高温下で形成されたものである請求項４に記載の可変形ミラー。
【請求項６】
前記結合部材は、前記膜から突出し、前記膜の材料と同一の材料から形成された部分である請求項５に記載の可変形ミラー。
【請求項７】
各駆動部における前記結合部材と回動軸との距離は、前記基板上における前記駆動部の位置の関数として設定されている請求項６に記載の可変形ミラー。
【請求項８】
前記リフレクタは、その周縁よりも内側に位置する固定点において前記基板に固定されている請求項４に記載の可変形ミラー。
【請求項９】
前記複数の駆動部のうち、前記固定点に対して相対的に近い位置に配置された駆動部は、前記固定点から相対的に遠い位置に配置された駆動部に比べ、対応する結合部材と回動軸との距離が小さく設定されている請求項４に記載の可変形ミラー。
【請求項１０】
前記リフレクタは、相互に分離された複数の微小鏡から構成されており、
前記複数の微小鏡は、それぞれ、前記複数の駆動部のうちの異なる駆動部に結合され、独立して変位可能である請求項１に記載の可変形ミラー。
【請求項１１】
前記駆動部に駆動信号が与えられていないとき、前記微小鏡の反射面は、実質的に曲率が零となる仮想的な同一平面上に配列され、
前記駆動部に駆動信号が与えられているとき、前記反射面は、前記平面に対して前方または後方に変位する請求項１０に記載の可変形ミラー。
【請求項１２】
前記微小鏡は、前記回動軸に平行な方向を長手方向とする形状を有し、
前記駆動部は、前記回動軸と直交する方向を長手方向とする形状を有している請求項１０に記載の可変形ミラー。
【請求項１３】
前記複数の駆動部の選択された駆動部を指定するアドレス信号と、前記アドレス信号によって指定された前記駆動部へ与える駆動信号とを受け取り、
前記アドレス信号および前記駆動信号に基づいて、前記選択された駆動部における前記電極に電圧を印加する電圧印加回路を更に備えている請求項１に記載の可変形ミラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変位可能な光反射領域を備えた可変形ミラー（deformable mirror）、および媒体からの情報の読み出しおよび／または媒体への情報の書き込みを行うことができる情報装置に関する。本発明は、また、外部の光源から入射した光ビームあるいは内部に備えた光源からの光ビームの波面を検出補正する補償光学装置および波面検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的に情報を検出する情報装置の従来例として、光ディスク装置を説明する。光ディスク装置では、レーザー光源から出射された往路光を記録媒体である光ディスクに照射し、反射された復路光の強度変化を検出する。そして、この復路光の強度変化に基づいて、光ディスクに記載されている情報を検出することができる。この種の情報装置では、信頼性の高い再生または記録を行うため、光ビームのスポット形状を良好に保持する必要がある。このためには、光路中で発生する光ビームの波面収差を抑えることが重要である。
【０００３】
光ディスク装置の場合、波面収差の発生要因には、光ビームの光軸とディスク記録面との傾き（チルト）、ディスク基材厚の変化、ディスクに付着した指紋等の汚れによる影響等、様々なものがあり、発生要因により波面収差の種類も異なる。例えば、チルトによる波面収差はコマ収差と非点収差が支配的であり、ディスク基材厚の変化によるものは球面収差が支配的である。
【０００４】
従来、光ピックアップの出力信号から特定の種類の収差を検出してこれを補正する技術が提案されており、こうした構成は、例えば特開２０００−１５５９７９号公報に記載されている。図２６（ａ）および（ｂ）を参照して、上記公報に記載されている従来の情報装置を説明する。
【０００５】
この情報装置では、図２６（ａ）に示すように、半導体レーザ等の光源１０１から出射された光ビームが、ハーフミラー３０２を通過してコリメートレンズ３０３で略平行光に変換された後、波面変換素子３０４を透過する。波面変換素子３０４を透過した光は、その後、対物レンズ３０５によって光ディスク３０６の基板越しに記録再生情報面上に入射する。
【０００６】
光ディスク３０６の記録再生情報面で反射した光ビームは、再び基板を透過し、対物レンズ３０５、波面変換素子３０４、およびコリメートレンズ３０３を順次透過する。そして、ハーフミラー３０２で反射した後、ホログラム３０９で回折され、信号検出用の光検出器３０７に入射する。
【０００７】
光検出器３０７は、情報信号、フォーカス信号やトラッキング信号等の制御信号、および光ビームの収差を検出するピンダイオードなどの光検出素子から構成されている。これらの検出素子は、各信号検出ごとに単独に構成される場合と、機能を統合して複数の機能を兼ねる場合とがある。検出された収差は信号処理回路３０８で処理され、波面変換素子３０４を駆動する。
【０００８】
波面変換素子３０４は、２枚の硝子基板に挟まれた部分に液晶を封入された素子である。波面変換素子３０４は、光ビームが通過する部分を複数の領域に分け、各々の領域に独立に電圧を印可して対応する部分の屈折率を変化させて波面の位相を変える。
【０００９】
光検出器３０７およびホログラム３０９の一例として、図２６（ｂ）に波面収差の中でも特にコマ収差を検出するための構成を示す。光ディスクから反射して集光する復路の光ビーム３１２において、Ｙ＞０の領域の略中央部分３１３を通過する光ビームのみを、領域３１３以外の領域を通過する光ビームから分離して、２分割された光検出器３１７ａ，３１７ｂに集光させ、光スポット３１４を形成させる。ここで、収差が発生していないときに、光スポット３１４は、光検出器３１７ａ，３１７ｂの分割線上に合焦して形成されるように構成されている。領域３１３はＹ軸方向にコマ収差が発生しているとき、これ以外の領域を通過する光ビームに対して位相が進んでいるか、又は遅れている光ビームを取り出すことができるように設定される。
【００１０】
領域３１３を通過する光ビームの位相が遅れている場合は、該光ビームは光検出器の検出面より後方に集光するような光ビームとなり、光検出器３１７ａの出力は３１７ｂの出力より大きくなる。逆に領域３１３を通過する光ビームの位相が進んでいる場合は、該光ビームは光検出器の検出面より前方に集光するような光ビームとなり、光検出器３１７ａの出力が３１７ｂの出力より小さくなる。このようにして、２分割光検出器３１７ａ，３１７ｂの出力差信号を検出することにより、コマ収差の量と符号とを判別する。
【００１１】
光検出器３０７およびホログラム３０９の他の例として、図２６（ｃ）に特に球面収差を検出するための構成を示す。光軸３１０はＸ−Ｙ座標系の原点を通るものとする。光ディスクから反射して集光する復路の光ビーム３２２において、光軸３１０を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域のうちのＹ＞０の領域３２３を通過する光ビームのみを、領域３２３以外の領域を通過する光ビームから分離して、２分割された光検出器３１７ａ，３１７ｂに集光させ、光スポット３２４を形成させる。ここで、収差が発生していないときに、光スポット３２４は、光検出器３１７ａ，３１７ｂの分割線上に合焦して形成されるように構成されている。領域３２３は球面収差が発生しているとき、これ以外の領域を通過する光ビームに対して位相が進んでいるか、又は遅れている光ビームを取り出すことができるように設定される。
【００１２】
領域３２３を通過する光ビームの位相が遅れている場合は、該光ビームは光検出器の検出面より後方に集光するような光ビームとなり、光検出器３１７ａの出力は３１７ｂの出力より大きくなる。逆に領域３２３を通過する光ビームの位相が進んでいる場合は、該光ビームは光検出器の検出面より前方に集光するような光ビームとなり、光検出器３１７ａの出力が３１７ｂの出力より小さくなる。このようにして、２分割光検出器３１７ａ，３１７ｂの出力差信号を検出することにより、球面収差の量と符号とを判別する。他の収差、例えば非点収差についても、光検出器３０７およびホログラム３０９の配置と形状を最適に設計すればこれを検出することが可能である。
【００１３】
また、波面変換素子３０４には液晶方式以外に、柔軟な可変形ミラーを変形させて光路長を制御する可変形ミラー方式があり、この技術内容は特開平１１−１４９１８号公報に開示されている。これは、柔軟な変形板の表面に金属薄膜を蒸着してミラー面とし、変形板の裏側には所定の間隙をおいて対向する位置に電極を設けたもので、この電極に印加電圧を与えることで変形板を静電力で吸引して変形させる構成となっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような情報装置には、以下のような課題がある。
【００１５】
まず第１に、波面収差の検出および補正が特定のタイプのものに限定されるため、任意の波面収差に対応することが困難である。例えば、図２６（ｂ）に示すごとく、Ｙ軸方向のコマ収差を検出できるようにホログラム３０９および光検出器３０７の設計を行った場合は、これ以外の波面収差（Ｘ軸方向のコマ収差、球面収差、非点収差、等々）を正確に検出できなくなる。図２６（ｃ）に示す場合も同様であり、球面収差以外は正確な検出ができない。しかるに一般的な波面収差は、既述したようにチルト、ディスク基材の厚さばらつきや復屈折、指紋等の汚れなどの複合要因によって発生し、必ずしも特定のタイプの収差のみが発生する訳ではない。
【００１６】
こうした様々な種類の波面収差を精度良く検出することが、特定の波面収差のパターンに基づく収差検出の構成では困難である。同様に波面収差の補正においても、例えばコマ収差補正用の液晶駆動用の電極パターンと球面収差補正用のそれとは互いに異なり、様々な種類の波面収差を精度良く補正することが特定の波面収差のパターンに基づく収差補正の構成では困難である。
【００１７】
第２に、波面補正の補正範囲と応答性や精度とを両立するのが困難である。液晶を用いた波面変換素子の場合、液晶層を厚くすれば波面の補正範囲を広げることが可能であるが、一方で透過効率の減少や応答速度の低下、電極パターン間での光路長の不連続性の増大に伴う補正精度の劣化を招き、これらの特性を両立することが困難である。また、可変形ミラーによる波面変換素子では、変形板に働く静電力は吸引力だけであるため、従来例のような構成では変形板を電極に近づける方向にしかアクティブな駆動ができないという課題がある。従って、反対方向への駆動力としては一度変形させておいた変形板の復元力によるパッシブな力しかなく、駆動力の対称性を欠いているために制御精度や応答性が低い。また、こうしたパッシブな力を利用して双方向駆動を行うためには、ある程度予め変形させた位置を基準面とせざるを得ないため、駆動感度の個体バラツキなどにより基準面の形状を安定して再現することが難しく、このために補正精度が劣化する。
【００１８】
本発明の主たる目的は、様々な種類の収差に対応でき、高精度で補正範囲が広く、応答性に優れた波面収差の補正が可能な可変形ミラーおよび当該ミラーを備えた情報装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、小型化、低コスト化が容易で相対位置精度の高い補償光学装置および波面検出装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明による可変形ミラーは、基板と、前記基板に支持され、別個に駆動され得る複数の光反射領域を有するリフレクタとを備えた可変形ミラーであって、前記複数の光反射領域の各々を独立して駆動し、それによって各光反射領域と前記基板との配置関係を制御する複数の駆動部を更に備え、前記複数の駆動部の各々は、前記基板に支持された複数の電極と、前記複数の電極のうちの選択された一方に引き付けられることにより、回動軸を中心に回動する回動部材と、前記回動部材の運動に従って、前記反射領域の特定部位と前記基板との距離を変化させる作用部材とを備えている。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記複数の駆動部は、それぞれ、対応する反射領域と結合している。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記回動部材は、前記回動軸上に配置された支持部と、前記支持部と結合した平板部とを有しており、前記回動部材の前記平板部は、前記回動軸に関して対称な第１導電性部分および第２導電性部分を含み、前記複数の電極は、前記平板部の第１導電性部分に間隙を介して対向する第１電極と、前記平板部の第２導電性部分に間隙を介して対向する第２電極とを含んでいる。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記リフレクタの各光反射領域は、前記作用部材として機能する結合部材を介して、対応する前記駆動部における前記平板部の第１導電性部材および第２導電性部材の一方に結合している。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記複数の駆動部のうちの選択された駆動部において、前記平板部の前記第１導電性部分と前記第１電極との間隔、および前記平板部の前記第２導電性部分と前記第２電極との間隔のいずれか一方を相対的に短くする動作を行うことにより、前記駆動部に結合している前記光反射領域の表面における曲率を変化させることができる。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記動作は、前記選択された駆動部における前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方に対して相対的に高い電位を与えることによって実行される。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記リフレクタは、その周縁が前記基板に固定された変形可能な膜から構成されており、前記膜には予め張力が付与されている。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記反射膜は、前記基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料から形成され、前記反射膜は、使用温度に比べて高温下で形成されたものである。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記結合部材は、前記膜から突出し、前記膜の材料と同一の材料から形成された部分である。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、各駆動部における前記結合部材と回動軸との距離は、前記基板上における前記駆動部の位置の関数として設定されている。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記リフレクタは、その周縁よりも内側に位置する固定点において前記基板に固定されている。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記複数の駆動部のうち、前記固定点に対して相対的に近い位置に配置された駆動部は、前記固定点から相対的に遠い位置に配置された駆動部に比べ、対応する結合部材と回動軸との距離が小さく設定されている。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記リフレクタは、相互に分離された複数の微小鏡から構成されており、前記複数の微小鏡は、それぞれ、前記複数の駆動部のうちの異なる駆動部に結合され、独立して変位可能である。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記駆動部に駆動信号が与えられていないとき、前記微小鏡の反射面は、実質的に曲率が零となる仮想的な同一平面上に配列され、前記駆動部に駆動信号が与えられているとき、前記反射面は、前記平面に対して前方または後方に変位する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記微小鏡は、前記回動軸に平行な方向を長手方向とする形状を有し、前記駆動部は、前記回動軸と直交する方向を長手方向とする形状を有している。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記複数の駆動部の選択された駆動部を指定するアドレス信号と、前記アドレス信号によって指定された前記駆動部へ与える駆動信号とを受け取り、前記アドレス信号および前記駆動信号に基づいて、前記選択された駆動部における前記電極に電圧を印加する電圧印加回路を更に備えている。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記電圧印加回路は、第１のクロック信号によってｎ（ｎは２以上の整数）個の出力値を循環して更新するアドレスカウンタと、第１のクロックをｎ分周して発生させた第２のクロック信号によって出力値を更新するカウンタと、前記アドレスカウンタの出力に応じて格納した駆動信号を出力するメモリと、前記メモリの出力と前記カウンタの出力とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力を第１のクロック信号に応じてシフトするシフトレジスタと、前記シフトレジスタの出力を前記第２のクロック信号に応じてラッチするラッチ部とを備えている。
【００３７】
本発明による情報装置は、光源から出射された往路光を媒体に照射し、前記媒体によって変調された復路光に基づいて前記媒体が保有する情報を検出する情報装置であって、前記復路光の光軸を横切る断面に含まれる複数の検出領域の各々について、前記復路光の波面を検出する波面検出器と、前記往路光および／または復路光の光路中に設けられ、前記光路を横切る面上に配列された複数の駆動部の動作によって前記往路光および／または復路光の光路長を局所的に変化させる波面補正器と、前記波面検出器の複数の出力に基づいて前記波面補正器に複数の駆動信号を供給し、前記復路光の全体波面を再構成させる制御部とを備えている。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記制御部は、非対角な変換要素を備えた多入力多出力変換部を有している。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記波面検出器は、前記検出領域の各々について、独立して前記復路光を偏向する偏向器と、前記検出領域の各々について、前記偏向器によって偏向された前記復路光を受ける複数の受光部を備えた分割フォトディテクタを有する光検出器とを備え、前記分割フォトディテクタの複数の分割部の各々の出力を比較して、前記復路光の各検出領域における波面を検出する。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記復路光の強度が相対的に低い部分に配設された検出領域の面積は、前記復路光の強度が相対的に高い部分に配設された検出領域の面積よりも大きく設定されている。
【００４１】
ある好ましい実施形態において、前記復路光は、光路中心からの距離に応じて減少する強度分布を有し、前記光路中心を横切る検出領域の面積は、他の検出領域の面積よりも小さく、前記光路中心から離れるに従って検出領域の面積が大きく設定され、前記光路中心からの距離が同一の検出領域の形状は、相互に略同一であり、前記光路中心に関して回転対称性を有している。
【００４２】
ある好ましい実施形態において、前記媒体は、所定方向に沿在する回折溝を有し、前記複数の検出領域は、前記回折溝による干渉条件に応じて分割されており、同一の前記検出領域内では、前記干渉条件がほぼ同一であるように設定されている。
【００４３】
ある好ましい実施形態において、前記検出領域は、前記回折溝による干渉条件がほぼ同一となる領域が複数に分割されたものである。
【００４４】
ある好ましい実施形態において、前記偏向器は、前記検出領域毎に異なる回折格子パターンを有するホログラムを含み、前記ホログラムは、各検出領域毎に異なる少なくとも２つの偏向方向に復路光を偏向し、前記２つの偏向方向に含まれる第１の偏向方向に偏向された復路光は、第１の分割方向に分割線を設けた第１の分割ディテクタにより受光され、前記２つの偏向方向に含まれる第２の偏向方向に偏向された復路光は、第１の分割方向と少なくとも異なる第２の分割方向に分割線を設けた第２の分割ディテクタにより受光され、前記各分割線で分割されたディテクタ同士の出力を比較して、前記分割線の法線方向である異なる２方向の波面成分が検出される。
【００４５】
ある好ましい実施形態において、復路光に基づいて媒体が保有する情報を検出する媒体情報検出部と、前記媒体情報検出部の出力に基づいて前記波面検出器の出力を有効とするタイミングを生成するタイミング部とを備え、前記波面検出器は、前記タイミング部から出力された前記タイミングに基づいて、前記復路光の局所波面を検出する。
【００４６】
ある好ましい実施形態において、前記波面補正器は、前記往路光および／または復路光を反射する反射鏡と、前記反射鏡を静電力により双方向に変位させる複数の駆動部とを備えている。
【００４７】
本発明による情報装置は、光源から出射された往路光を媒体に照射し、前記媒体によって変調された復路光に基づいて前記媒体が保有する情報を検出する情報装置であって、前記復路光の光軸を横切る断面に含まれる複数の検出領域の各々について、前記復路光の波面を検出する波面検出器と、前記往路光および／または復路光の光路中に設けられ、前記光路を横切る面上に配列された複数の駆動部の動作によって前記往路光および／または復路光の光路長を局所的に変化させる波面補正器と、前記波面検出器の複数の出力に基づいて前記波面補正器に複数の駆動信号を供給し、前記復路光の全体波面を再構成させる制御部とを備え、前記波面補正器は、上記何れかに記載の可変形ミラーを備えている。
【００４８】
ある好ましい実施形態において、前記制御部は、波面検出器の出力を積分する積分部と前記積分部の出力を線形変換する非対角な第１の行列演算部とを備えた定常偏差補償部と、前記定常偏差補償部の出力と前記波面検出器の出力とから波面補正器の状態を演算予測する非対角な第２の行列演算部を備えた安定化補償部と、前記定常偏差補償部の出力と前記安定化補償部の出力との和を入力して駆動部への駆動信号を生成する対角変換部とを備えている。
【００４９】
ある好ましい実施形態においては、前記対角変換部が非線形演算を行う。
【００５０】
ある好ましい実施形態において、出射光の波長が互いに異なる複数の光源と、前記各光源から出射された各波長の往路光を前記媒体に照射する光学系とを備えており、前記波面補正器は、前記光学系の中に配置され、前記波面検出器は、前記媒体によって変調された復路光を各波長毎に分離し、各波長毎に前記復路光の波面を検出する。
【００５１】
ある好ましい実施形態において、前記複数の光源から出射された往路光を集光して媒体に照射する対物レンズを備え、前記対物レンズの前記媒体側の開口数は、選択された光源に応じて、第１の値および前記前記第１の値よりも小さな第２の値のいずれかをとり得る。
【００５２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源は、発散方向の有限系光として機能する往路光を形成し、前記往路光が入射する前記対物レンズの前記媒体側の開口数は、第２の値に設定される。
【００５３】
ある好ましい実施形態において、前記往路光の結像点は、前記対物レンズの手前に形成される。
【００５４】
ある好ましい実施形態において、対物レンズの媒体側の開口数に第１の値をとらしめた場合に保有する情報を適切に検出するように構成された第１の媒体と、前記対物レンズの媒体側の開口数に第２の値をとらしめた場合に保有する情報を適切に検出するように構成された第２の媒体とを受け入れ可能に設け、前記検出が適切に行われたか否かを判別して前記第１の媒体と前記第２の媒体を識別する媒体識別部を設けた情報装置であって、最初に前記対物レンズの媒体側の開口数に前記第２の値をとらしめた状態で前記の媒体識別部により媒体が前記第２の媒体であるか否かを識別させた後に、前記対物レンズの媒体側の開口数に前記第１の値をとらしめた状態で前記の媒体識別部により媒体が前記第１の媒体であるか否かを識別させる。
【００５５】
本発明による更に他の情報装置は、光源から出射された往路光を対物レンズで集光して媒体に照射し、前記媒体によって変調された復路光に基づいて前記媒体が保有する情報を検出する情報装置であって、前記復路光を複数の検出領域に分割し、前記各検出領域毎の前記復路光の波面を検出する波面検出器と、前記波面検出器の複数の出力に基づいて前記復路光の全体波面の曲率を表す値を算出する曲率算出部と、前記曲率算出部の出力に基づいて前記対物レンズを制御する対物レンズ制御部を備えている。
【００５６】
本発明による補償光学装置は、光ビームを複数の検出領域に分割して偏向させる偏向器と、前記偏向器によって偏向させられた前記光ビームを受光する位置に配置された光検出器と、前記光検出器の出力に基づいて前記光ビームの波面を補正する波面補正器とを備えた補償光学装置であって、前記偏向器、光検出器、および波面補正器が同一基板上に形成されており、前記光ビームが前記波面補正記録媒体に入射する光路を形成する平行平板状の誘電体部材を更に備えている。
【００５７】
ある好ましい実施形態において、前記誘電体部材は、前記基板の主面に対して非平行な傾斜面を備えたマイクロプリズムから形成されており、前記傾斜面が前記光ビームの入射面または出射面として機能する。
【００５８】
ある好ましい実施形態において、前記光ビームの入射方向または出射方向は、前記マイクロプリズムの傾斜面に対する法線方向と略一致する。
【００５９】
本発明による他の補償光学装置は、前記いずれかの可変形ミラーと、前記可変形ミラーによって反射された光が媒体によって変調された光を受け取る光検出器とを備え、前記可変形ミラーおよび前記光検出器が同一基板上に集積されている。
【００６０】
本発明による他の情報装置は、上記いずれかの補償光学装置を備えている。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００６２】
（実施形態１）
まず図１を参照しながら、本発明の情報装置の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の概略構成図である。図１の情報装置においては、光源となるレーザ波長４０５ｎｍのＧａＮ系青紫色半導体レーザ１が記録媒体に対する「書き込み／読み出し光」として機能するレーザ光を出射する。半導体レーザ１から出射された光は、コリメートレンズ２によって略平行光に変換された後、整形プリズム３に入射する。整形プリズム３は、屈折率の異なる２つの硝子材を貼り合わせて色収差を低減させるよう構成されており、楕円形のビームを円形ビームに整形することができる。
【００６３】
整形プリズム３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ４によりＰ偏光とＳ偏光に分離され、Ｐ偏光はレンズ５によって前光モニター６に集光される。前光モニター６は半導体レーザ１の出射光量を一定に保つためのパワー制御を目的とする光検出器であり、この出力は、図示しないレーザー駆動電流制御回路にフィードバックされ、半導体レーザ１の駆動電流が制御される。
【００６４】
一方、偏光ビームスプリッタ４で分離されたＳ偏光は１／４波長板７を通過して円偏光に変換される。この円偏光は、その波面の位相が可変形ミラー（deformable mirror）８によって補正された後、対物レンズ９によって光ディスク１０の記録層上に集光される。
【００６５】
可変形ミラー８は、変形可能な反射膜と、これを変形させる複数のアクチュエータとを備えている。可変形ミラー８によれば、反射膜の複数の位置における変位量を制御することにより、前記複数の位置に対応する光ビームの各部における光路長を調整し、波面の位相を補正することができる。可変形ミラー８の構成の詳細は後述する。
【００６６】
対物レンズ９は、２枚のレンズを組み合わせた組レンズであり、ディスク側の開口数ＮＡは０．７５〜０．８５に設計される。
【００６７】
本実施形態で用いる光ディスク１０は、片面２層記録ディスクである。この光ディスク１０は、各々の厚さが０．１〜０．６ｍｍの２枚のディスク基板と、各ディスク基板上に設けられた相変化記録材料または色素系記録材料からなる記録層とを備えており、２枚の基板は、厚さ３０〜５０μｍの透明な接着層を介して貼り合わせられている。
【００６８】
光ディスク１０の各セクタは、ヘッダ部１０ａ、ミラー部１０ｂとデータ部１０ｃとを有している。ヘッダ部１０ａには、リードチャンネルのＰＬＬ同期基準となるＶＦＯ信号とアドレス信号とがプリピットで形成されている。ミラー部１０ｂは、ヘッダ部１０ａに続いて形成されており、プリピット及びグルーブの無い平坦領域である。ミラー部の長さｌｍは、以下の式１の関係を満たすように形成されている。その結果、少なくとも集光されたビームスポット１７の全体がミラー部１０ｂ内に収まった状態で、後述する波面位相検出器１６が光検出を行えるようになっている。本実施形態では、ミラー部の長さｌｍは５〜１０μｍに設定されている。
【００６９】
【数１】
0003657259.tif 000002
【００７０】
データ部１０ｃには一定周期でウォブルする深さ１／６λのグルーブが形成されており、ランド部およびグルーブ部の双方に記録が行われる。ウォブルから読み出される周期信号は、記録時のクロック同期をとるために用いられる。
【００７１】
ディスク１０によって反射された光ビームは、対物レンズ９によって再び略平行光に変換される。その光は可変形ミラー８で反射された後、再び１／４波長板７を通過し、さらに偏光ビームスプリッタ４を通過してハーフミラー１１で分割される。ハーフミラー１１で分割されたビームの一方は、集光レンズ１２によって球面波に変換される。この球面波は、ホログラム２０によって複数のビームに分割され、光検出器１３に集光される。光検出器１３は対物レンズ９のフォーカス制御及びトラッキング制御を行うための制御検出信号と、ヘッダ部１０ａ及びデータ部１０ｃの記録信号とを検出する。光検出器１３は、図示しない複数の分割受光領域を備えており、これらの各領域からの出力信号を合成して上記信号を生成する。
【００７２】
フォーカス制御信号はＳＳＤ（Spot Size Detection）法、トラッキング制御信号はプッシュプル法によって作成される。ホログラム２０のグレーティングパターンおよび光検出器１３の受光領域形状はこれらの信号が適切に得られるように設計される。
【００７３】
ハーフミラー１１で分割されたビームの他方は、レンズアレイ１４と光検出器アレイ１５とを備えた波面位相検出器１６に導かれる。波面位相検出器１６の詳細は後で詳述する。
【００７４】
波面位相検出器１６の出力は、ビームスポット１７がミラー部１０ｂ内にある所定のタイミングでのみサンプリングされ、可変形ミラー８の制御に利用される。このタイミングは、ヘッダ部１０ａのＶＦＯ信号から作成したクロック信号をカウントすることによって得ることができる。
【００７５】
なお、対物レンズ９は、可変形ミラー８のアクチュエータが駆動されない状態において、２層の光ディスク１０のうち光ビームの入射面に近い第１層側にフォーカスした方が第２層側にフォーカスした場合よりも収差が小さくなるように設計されている。
【００７６】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、本実施形態で用いる波面位相検出器１６を詳しく説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、波面位相検出器１６の概略構成を示している。
【００７７】
波面位相検出器１６、図２（ａ）に示すように、複数の検出領域の各々について、独立して復路光を偏向するレンズアレイ１４と、検出領域の各々について、レンズアレイ１４によって偏向された復路光を受ける複数の受光部を備えた光検出器アレイ１５とを備えている。
【００７８】
レンズアレイ１４は、それぞれ別個の焦点を有する１９個のレンズを集積した偏向器であり、光ビーム１８を局所領域（検出領域）毎に集光することができる。光検出器アレイ１５は、レンズアレイ１４の各レンズの焦点に対応する位置に配置されたｐｉｎ型４分割フォトダイオードを有している。
【００７９】
本実施形態では、光ビーム１８の波面が光軸に直交する平面となる場合、言い換えると、光ビーム１８が完全な平面波である場合、各レンズの焦点と４分割フォトダイオードの各々の分割中心とが一致するように、レンズアレイ１４と光検出器アレイ１５との相互位置関係が決定されている。
【００８０】
光検出器アレイ１５には、これと一体にプリアンプ１９が設けられており、光検出器アレイ１５の出力はプリアンプ１９で増幅演算される。
【００８１】
図２（ｂ）は、レンズアレイ１４の平面レイアウトを示している。レンズアレイ１４に含まれる各レンズ１４ａ〜１４ｓは、概６角形状を有するが、各レンズの面積は均一ではない。レンズアレイ１４の中心に位置する１４ａは最も面積が小さく、レンズアレイ１４の中心からの半径位置が大きいものほど面積が大きい。レンズ１４ｂ〜１４ｇは互いに形状及び面積が等しく、かつ各レンズの面積を１４ａよりも面積を大きく設定している。さらに、レンズ１４ｂ〜１４ｇに比べてレンズアレイ１４の中心から外側に位置するレンズ１４ｈ〜１４ｓの各々は、レンズ１４ｂ〜１４ｇの各々よりも大きな面積を有するようにレイアウトされている。レンズアレイ１４の中心からの距離に対する各レンズの面積比率の分布は、光ビーム１８の光強度分布の逆数に比例するように設定され、その結果、レンズ１４ａ〜１４ｓの各々が集光する光量が相互に等しくなっている。より詳細に述べれば、光ビーム１８の光強度分布は、ガウス分布的に中心強度が高く周辺強度が低くなっているため、これにあわせてレンズ１４ａ〜１４ｓの面積はレンズアレイ１４の中心で小さく、周辺で大きく設定されている。その結果、平均光強度×レンズ面積で表現されるレンズ毎の集光光量は、レンズアレイ１４の全体でほぼ均一になる。従って、図２（ｃ）に示すように、４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓの各々が受け取る光の量は互いにほぼ等しくなり、４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓの出力信号のＳ／Ｎ比が均等化される。その結果、４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓの全体について、各検出精度を上げることができる。
【００８２】
なお、図２（ｃ）では、４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓとレンズ１４ａ〜１４ｓとの相対位置関係を示すため、対応するレンズの分割形状を２点鎖線で併記している。図２（ｃ）に示すように、４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓは、各々レンズ１４ａ〜１４ｓの焦点位置に配置されている。具体的には、４分割フォトディテクタ１５ａは光検出器アレイ１５の原点Ｏに配置され、４分割フォトディテクタ１５ｂ〜１５ｇは原点Ｏを中心とする半径ｒ１の同心円上に６０°間隔で配置されている。また、４分割フォトディテクタ１５ｈ〜１５ｓは、原点Ｏを中心とする半径ｒ２の同心円上に３０°間隔で配置されている。
【００８３】
４分割フォトディテクタ１５ｂ〜１５ｓにおいて、各ディテクタが４分割する２つの分割線は、それぞれ、原点Ｏに向かう半径方向とこれに直交する接線方向に沿って形成されている。４分割フォトディテクタ１５ａの場合は、半径方向と接線方向という定義ができないため、例外的に図における水平方向と垂直方向にディテクタ分割線が設けられている。
【００８４】
各４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓは、１つ１つが各分割部における光量に応じた４チャンネルの信号を出力するため、計１９×４チャンネルの信号が生成される。各４チャンネルの信号はプリアンプにおいて増幅、演算されて、光ビームの変位を示す２チャンネルの差信号と１チャンネルの和信号の計３チャンネルの出力信号に変換される。
【００８５】
４分割フォトディテクタ１５ｂを例にとり、図２（ｄ）を用いて出力信号を生成するための構成を説明する。図２（ｄ）は４分割フォトディテクタ１５ｂとプリアンプ１９ｂの構成を示している。図２（ｄ）において、参照符号「Ｒ」は原点Ｏに向かう半径方向を示し、参照符号「Ｔ」は、方向Ｒに直交する接線方向を示している。４分割フォトディテクタ１５ｂはＲ方向に延びた分割線とＴ方向に延びた分割線とにより領域１５ｂａ〜１５ｂｄに分割されている。プリアンプ１９ｂは前段の４つのプリアンプ１９ｂａ〜１９ｂｄと、後段の２つの差動アンプ１９ｂｅ、１９ｂｆおよび１つのアンプ１９ｂｇの計７つのアンプ群からなる。
【００８６】
領域１５ｂａの出力はプリアンプ１９ｂａ、１９ｂｃに、領域１５ｂｂの出力はプリアンプ１９ｂｃ、１９ｂｄに、領域１５ｂｃの出力はプリアンプ１９ｂｂ、１９ｂｄに、領域１５ｂｄの出力はプリアンプ１９ｂａ、１９ｂｂにそれぞれ入力され増幅、加算される。プリアンプ１９ｂａの出力は差動アンプ１９ｂｅの＋側とアンプ１９ｂｇとに、プリアンプ１９ｂｂの出力は差動アンプ１９ｂｆの＋側に、プリアンプ１９ｂｃの出力は差動アンプ１９ｂｆの−側に、プリアンプ１９ｂｄの出力は差動アンプ１９ｂｅの−側とアンプ１９ｂｇとにそれぞれ入力される。これにより、差動アンプ１９ｂｅは出力Ｙｂｔ、差動アンプ１９ｂｆは出力Ｙｂｒ、アンプ１９ｂｇは出力Ｓｂをそれぞれ出力する。
【００８７】
ここで、出力Ｙｂｔは、半径方向Ｒに延びる分割線の両側の光量差を示し、集光点の接線方向Ｔへの変位に関わる信号である。この信号を、（１５ｂａ＋１５ｂｄ）−（１５ｂｂ＋１５ｂｃ）と簡単に記載することにする。出力Ｙｂｒは、接線方向Ｂに延びる分割線の両側の光量差を示し、集光点の半径方向Ｒへの変位に関わる信号である。この信号も、簡単に（１５ｂｃ＋１５ｂｄ）−（１５ｂａ＋１５ｂｂ）と表現する。出力Ｓｂは、４領域の光量の総和を示す信号であり、この信号も（１５ｂａ＋１５ｂｂ＋１５ｂｃ＋１５ｂｄ）と記載する。
【００８８】
図示しないが、全ての４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓに対してプリアンプ１９ａ〜１９ｓを設け、それぞれの入出力の関係は上述した１５ｂと１９ｂとの関係と同様に設定する。これにより、プリアンプ１９はＹａｔ〜Ｙｓｔ、Ｙａｒ〜Ｙｓｒ、Ｓａ〜Ｓｓの信号を出力する。これらの信号に基づいて図１における可変形ミラー８の制御信号を作成する。なお、原点Ｏにある４分割フォトディテクタ１５ａについては半径方向Ｒと接線方向Ｔの定義ができないが、ここでは図における水平方向をＲ方向、垂直方向をＴ方向と便宜上決めることにする。
【００８９】
次に、図３〜図５を参照しながら可変形ミラー８の構成を説明する。本実施形態の可変形ミラー８は、例えば半導体製造プロセス技術を用いて作製され得る。本実施形態では、複数個のアクチュエータと、各アクチュエータを駆動するための駆動回路とを同一のシリコン基板上に集積することにより、可変形ミラー８を作製している。
【００９０】
まず、図３を参照する。図３は、本実施形態における可変形ミラー８の概略構成を示している。
【００９１】
本実施形態の可変形ミラー８は、基板２１と、基板２１に支持され、反射面の形状が変化し得る反射膜（リフレクタ）３２と、反射膜３２の複数の部位を独立して駆動し、それによって上記複数の部位と基板３２との距離を制御する複数の駆動部（アクチュエータ３３）を更に備えている。アクチュエータ３３で反射膜３２の複数の部位が駆動されると、駆動部位に対応する反射膜３２の表面部分の形状が変化するため、その表面部分による光の反射状態が変化する。従って、反射膜３２の連続する表面は、複数のアクチュエータ３２によって駆動される複数の光反射領域から構成されていると考えることができる。このように本実施形態の可変形ミラーでは、リフレクタとして機能する反射膜３２は、個別に駆動され得る複数の光反射領域を有している。なお、本発明の可変形ミラーのリフレクタは、相互に分離された複数の微小鏡から構成されていも良い。この場合、各微小鏡の鏡面が各光反射領域として機能する。このような可変形ミラーの実施形態については、あとで詳しく説明する。
【００９２】
各アクチュエータ３３は、基板３２に設けられた第１の固定電極２９および第２の固定電極２９'と、回動軸を中心に回動する回動部材（ヨーク２８）と、ヨーク２８の運動に従って反射膜３２の特定部位と基板２１との距離を変化させる作用部材（結合突起３０ａ）とを備えている。
【００９３】
ヨーク２８は、回動軸上に配置された支持部（支持ポスト２７）と、支持ポスト２７と結合した平板部とを有している。平板部は、回動軸に関して対称な第１導電性部分（第１の部分２８ａ）および第２導電性部分（第２の部分２８ｂ）を有している。ヨーク２８の第１の部分２８ａおよび第２の部分２８ｂは、それぞれ、第１の固定電極２９および第２の固定電極２９'と間隙を介して対向している。
【００９４】
各アクチュエータ３３は、それぞれ、反射膜３２の対応する部位と結合しており、反射膜３２の所定部位の位置を双方向に駆動することができる。言い換えると、反射膜３２の所定部位は、反射膜から延びる結合突起３０ａを介して、対応するヨーク２８の第１の部分２８ａまたは第２の部分２８ｂのいずれかに結合している。そして、反射膜３２の上記所定部位は、基板に対して略垂直な方向にストローク動作によって変位することができる。このストロークの大きさは、光の波長の２倍程度またはそれ以下であるため、反射光の位相を高い精度で変調することが可能である。
【００９５】
動作時において、選択された駆動部における第１の固定電極２９および第２の固定電極２９'のいずれか一方に対して相対的に高い電位を与えると、高電位の固定電極は、ヨーク２８の第１の部分２８ａおよび第２の部分２８ｂのうちの対向する部分を静電力で引きつける。その結果、ヨーク２８の第１の部分２８ａと第１の固定電極２９との間隔、およびヨーク２８の第２の部分２８ｂと第２の固定電極２９'との間隔のいずれか一方が相対的に短くなる。こうして、上記の選択された駆動部に結合している反射膜３２の該当部位の曲率が変化することになる。このような構成のアクチュエータによれば、反射膜３２の局所的な変位が、基板から遠ざかる方向に対しても、基板に近づく方向に対しても、アクチュエータの駆動力によって速やかに生じることになる。
【００９６】
反射膜３２は、その周縁が基板２１に固定された変形可能な膜から形成されており、反射膜３２には予め張力が付与されている。このため、第１の固定電極２９および第２の固定電極２９'が等電位になると、反射膜３２は速やかに元の平坦な形状に復帰することになる。
【００９７】
本実施形態では、基板２１はシリコンウェハから形成され、基板２１上にＣＭＯＳの駆動回路２２が集積されている。図３においては、駆動回路２２のブロック構成のみを図示し、ＣＭＯＳを構成するｎチャネルＭＯＳＦＥＴおよびｐチャネルＭＯＳＦＥＴの具体的な断面構成は図示していない。ただし、駆動回路２２の最上層であるＡｌ配線層２３は模式的に図示している。配線層２３の上には、ＳｉＯ2系またはＳｉＮ系の材料から形成された絶縁層２４が設けられている。絶縁層２４の上面は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって平坦化されている。絶縁層２４には、上層の電極と下層の配線層２３とを電気的に接触させるための、開口部（ビア）が設けられている。
【００９８】
本実施形態の場合、絶縁層２４上に形成されているアクチュエータの個数は全部で３０個であるが、図３では簡単化のため基板の周縁２６の近傍に位置する３個のアクチュエータのみを記載している。
【００９９】
次に、図４を参照してアクチュエータ３３の構造を更に詳細に説明する。図４は、本実施形態におけるアクチュエータ３３および反射膜３２の分解斜視図である。
【０１００】
本実施形態のアクチュエータ３３は、図４に図示していない基板の絶縁層上に形成されたベース３４を有している。ベース３４は、第１および第２の固定電極２９、２９'と同一の材料からなる形成されており、好ましくは、Ａｌなどの金属膜をパターニングすることにより、第１および第２の固定電極２９、２９'とともに作製される。
【０１０１】
ベース３４は、一点鎖線で示した支持ポスト取付部３４ａと、ヨーク２８が最大限回動した場合にこれと当接するヨーク当接部３４ｂ、３４ｂ'とを備えている。このため、ヨーク２８が第１および第２の固定電極２９、２９'と接触することが防止される。
【０１０２】
第１の固定電極２９および第２の固定電極２９'は、支持ポスト２５が形成するヨーク２８の回動軸Ａをはさんで略対称の位置に設けられている。ヨーク２８は概平板形状を有し、ヒンジ部２８ｂを介して支持ポスト２５と接続している。ヨーク３８は、ヒンジ部２８ｂのねじり変形によって回動軸Ａを中心に回動可能である。
【０１０３】
ヨーク２８は、回動軸Ａをはさんで互いに左右反対の位置に振り分けられた第１の部分２８ａと第２の部分２８ａ'とを有して、第１の部分２８ａは間隙をおいて第１の固定電極２９に対向する位置にあり、第２の部分２８ａ'は間隙をおいて第２の固定電極２９'に対向する位置にある。また、ヨーク２８は一点鎖線で示すヨーク遊端２８ｃにおいて結合突起３０ａと結合している。
【０１０４】
ヨーク遊端２８ｃは、ヨーク２８の第１の部分２８ａの領域内にあり、回動軸Ａから所定の距離だけ離れた位置にある。後述するようにこの距離はアクチュエータ毎に異ならせることができる。ヨーク２８と支持ポスト２５とは、同一のＡｌ層をエッチングすることよって形成され得る。ヨーク２８および支持ポスト２５は、ベース３４ととも導電性を有し、しかも、電気的に相互接続されているため、ヨーク２８の電位はベース３４の電位と同一である。
【０１０５】
本実施形態の反射膜３２は、ＳｉＯ2系またははＳｉＮ系の絶縁体からなる基材膜３０と、その上面に形成したＡｌまたはＡｕ材料の反射層３１とを含んでいる。反射層３１は基材膜３０上に金属層を薄く蒸着することによって作製され得る。
【０１０６】
結合突起３０ａは、基材膜３０と同一の膜形成プロセスの中で形成され、基材膜３０をヨーク２８に結合する機能を有している。結合突起３０ａが設けられる場所以外の場所においては、ヨーク２８と基材膜３０との間には間隙が設けられている。この間隙の存在により、ヨーク２８が回動しても基材膜３０とヨーク２８とが結合突起３０ａ以外の部分で直接的に接触することを防止することができる。
【０１０７】
ヨーク２８と基材膜３０との間の間隙、およびヨーク２８と第１および第２の固定電極２９、２９'との間の間隙は、例えば、次のように作製される。すなわち、ミラーの製造段階において、上記の間隙にあたる部分に有機材料からなる犠牲層を形成した後、最後にプラズマエッチングなどの方法で犠牲層を除去する。ここで、基材膜３０は、この犠牲層を除去する前に、反射面をＣＭＰにより平坦化処理されている。ＣＭＰ処理時には基材膜３０に膜面と垂直方向に応力がかかるが、犠牲層があるために基材膜３０の変形が抑えられ、ＣＭＰ処理後の反射面の加工精度を高めることが可能である。上記平坦化処理の後に犠牲層を除去することにより、平面度の高い反射面を得ることができる。
【０１０８】
第１の固定電極２９とヨーク２８との間に電位差を与えると、前述のように、第１の部分２８ａが静電力によって第１の固定電極２９に近接する方向に吸引され、その結果、ヨーク２８は回動軸Ａを中心に反時計方向ＣＣＷに回動する。また、第２の固定電極２９'とヨーク２８との間に電位差を与えると、第２の部分２８ａ'が静電力によって第２の固定電極２９'に近接する方向に吸引され、ヨーク２８は回動軸Ａを中心に時計方向ＣＷに回動する。
【０１０９】
ヨーク２８のＣＣＷ方向およびＣＷ方向の回動は、結合突起３０ａを介して反射膜３２を上下方向に駆動する駆動力として伝達され、反射膜３２は基板に近接する方向と基板から離間する方向の双方向に変形可能に設けられる。
【０１１０】
上述のように本実施形態では、ヨーク２８が回動軸Ａをはさんで反対側の位置に振り分けられた第１の部分２８ａと第２の部分２８ａ'を備え、しかも、第１の固定電極２９を第１の部分２８ａに対向させ、第２の固定電極２９'を第２の部分２８ａ'に対向させている。しかも、第１の部分２８ａに結合突起３０ａを介して反射膜３２を結合させている。このような構成を採用しているため、反射膜３２の所定部位を基板２１に近づけたり、基板２１から遠ざけるることができ、反射面３２の複数の局所領域を双方向へアクティブに駆動することができる。こうして、本実施形態によれば、駆動の対称性が高く、制御精度や応答性に優れた可変形ミラーを提供することができる。
【０１１１】
なお、第１の固定電極２９や第２の固定電極２９'にヨーク２８に対する電位差を与えない状態、すなわち駆動信号を与えない状態（中立状態）では、反射膜３２はＣＭＰ加工により得られた平面精度の高い反射面を保持する。本実施形態の可変位ミラーでは、上記の中立状態における反射面の位置を中立点とし、この中立点に対して双方向へ反射面の位置を駆動する。従来の可変形ミラーでは、反射面を中立点に配置するには、反射膜に初期変形を与えることが必要であるが、本実施形態では、そのような初期変形が不要になる。従って、本実施形態では、初期変形時における駆動感度のバラツキなどに起因する中立点の再現性劣化の問題がなく、補正精度の高い可変形ミラーを提供することができる。
【０１１２】
なお、ヨーク当接部３４ｂ、３４ｂ'はヨーク２８が第１および第２の固定電極２９、２９'と接触することを防止しているため、両者間のショートを確実に防止することができる。
【０１１３】
再び図３を参照する。
【０１１４】
ヨーク２８は、支持ポスト２７およびビア２５を介して配線層２３に接続され、動作時におけるヨーク２８の電位は、常に接地電位（以下、この電位を「Ｌ」とする。）に保たれている。第１および第２の固定電極２９、２９'は、それぞれ、ビア２５'、２５''によって配線層２３に接続されているため、第１固定電極２９の電位はＶ０に制御され、第２の固定電極２９'の電位はＶ１に制御される。
【０１１５】
第１および第２の固定電極２９、２９'の電位は、駆動回路２２により、接地電位Ｌと、相対的に高い電位（電位Ｈ）との間で切替えられる。「高電位」は、例えば、５Ｖに設定され得る。電位Ｖ０およびＶ１の一方はのみが電位Ｈに制御される。ヨーク２８は、静電力により、電位Ｈの固定電極側に吸引され、その結果、時計方向あるいは反時計方向に回動力が発生する。回動力の大きさは、電位Ｈの状態に保持する時間を例えば８ビットで表現される複数のレベル（２５６段階）に制御して調節することが可能である。回動力を発生させない場合には、電位Ｖ０およびＶ１をＬ電位に設定される。
【０１１６】
なお、基材膜３０とヨーク２８との間の隙間及びヨーク２８と第１および第２の固定電極２９、２９'との隙間ｄｇは、それぞれ、２〜１５μｍ程度に設定するのが好ましい。本実施形態では、隙間ｄｇの設計値をどちらも５μｍとしている。また、基材膜３０の膜厚は、０．５〜３μｍが好ましい。本実施形態の設計値は１．２μｍとしている。反射膜３１の厚さは、例えば０．１μｍ以下に設定される。
【０１１７】
駆動回路２２は、アクチュエータの各固定電極のアドレスＡｉｎと駆動力を表す制御データＤｉｎとを受け取り、各固定電極への出力電圧Ｖ０〜Ｖ５９のＨ／Ｌの時間制御を行う。駆動回路２２は、メモリ３５、アドレスカウンタ３６、カウンタ３７、コンパレータ３８、シフトレジスタ３９、ラッチ４０から構成されている。
【０１１８】
メモリ３５は６０個の固定電極（＝アクチュエータ数３０×２）の制御データを記憶する８ビット幅のメモリである。アドレスは６ビット（＝６４）であり、このうち６０のみが有効に使用される。アドレスカウンタ３６はメモリ３５に６ビットのアドレスを与え、６０個の制御データをシリアルに送出させる。アドレスカウンタ３６は、初期化（ｃｌｒ）信号でリセットされ、クロック（ｃｌｋ）信号によりカウントアップされる。カウンタ３７は初期化（ｃｌｒ）信号でリセットされ、６０個の制御データを読み出した後ストローブ（ｓｔｂ）信号によりカウントアップする８ビットのインクリメンタルカウンタである。
【０１１９】
コンパレータ３８はカウンタ３７の出力とメモリ３５の８ビットデータとを比較し、シフトレジスタ３９に１ビットのシリアルデータを送出する。メモリ３５のデータがカウンタ３７の出力よりも大きければ１（Ｈ）、それ以外は０（Ｌ）を出力する。シフトレジスタ３９はｃｌｋ信号に応じて動作する６４ビットのシフトレジスタでこのうち６０ビットを有効に使用している。ラッチ４０はｓｔｂ信号に応じてシフトレジスタ３９の値をラッチする６４ビットのラッチで、シフトレジスタ３９と同様に６０ビットを有効に使用している。
【０１２０】
この駆動回路２２の動作を説明する。メモリ３５に書き込まれている８ビットの制御データは、アドレスカウンタ３６により与えられる６ビットのアドレスにより６４個（うち有効６０個）連続で読み出される。アドレスカウンタ３６が一巡し、メモリ３５の制御データが全て読み出されると、ｓｔｂ信号によりシフトレジスタ３９に貯えられたデータをラッチ４０に記憶すると同時にカウンタ３７の出力をカウントアップし、再度メモリ３５の内容を最初から読み出す。この周期をＴとすると、これがアクチュエータへの通電時間の最小単位となる。この周期Ｔをカウンタ３７の段数で決まる２５６回繰り返して通電時間制御を行う訳である。
【０１２１】
その時、メモリ３５からは毎周期同じ制御データが読み出されるが、１周期ごとにカウンタ３７の値が増加していくので、コンパレータ３８の出力は、メモリ３５の出力がカウンタ３７の値以下になったものから０になっていく。従って、ラッチ４０の出力は入力された制御データＤｉｎに比例して、最小分解能Ｔで全アクチュエータの固定電極への通電時間を並行して制御できるものになっている。制御周期２５６・Ｔに対する通電時間Ｄｉｎ・Ｔの比を通電時間デューティーＵと呼び、Ｕは０〜２５５／２５６の間の値をとる。
【０１２２】
以下、図５を用いて、可変形ミラー８の反射膜形状とアクチュエータの駆動点配置とを説明する。図５は本実施形態における可変形ミラー８の平面図である。
【０１２３】
まず、図５（ａ）を参照する。黒点８ａ〜８ａｄで示した３０点はアクチュエータの駆動点である。アクチュエータの駆動点とは結合突起（図３における３０ａ）の位置に相当し、実際に反射膜が上下に駆動される点である。また、×印は光検出器アレイで説明した１９個の４分割フォトディテクタに対応する位置を参考として図示している。図が煩雑になるのを防ぐため、後の動作説明で再度取り上げる３つの点１５ａ、１５ｂ、１５ｓについてのみ番号を記載しているが、図２（ｃ）で説明した配置位置を左右鏡反転したものとなっている。左右鏡反転になっている理由は、可変形ミラー８と光検出器アレイとが向かい合わせに配置されているため、同一の光ビームに関わる点同士を対応させると丁度右手と左手との関係になるという単純な理由に過ぎない。また、原点Ｏ、半径ｒ1、ｒ2も図２（ｃ）で説明したものと対応したものになっている。
【０１２４】
再び図５（ａ）を参照する。駆動点８ａ〜８ｆは、原点Ｏを中心にした半径ｒ１の円に外接する六角形の頂点にあり、隣接する２点の中点が×印で示した４分割ディテクタの中心点とほぼ一致する。また、駆動点８ｇ〜８ｒは、原点Ｏを中心にした半径ｒ2の円に外接する十二角形の頂点にあり、隣接する２点の中点が×印で示した４分割ディテクタの中心点とほぼ一致する。さらに駆動点８ｓ〜８ａｄは、原点Ｏを中心にした半径ｒ3の円上に１２点が構成されている。これら３０個の駆動点における変位制御により、反射膜３２の表面形状が設定される。なお、反射膜３２は円形状の周縁２６及び原点Ｏ近傍の微小領域において基板と一体化され、変位が規制されている。
【０１２５】
ここで、半径ｒ３は可変形ミラーに入射する光ビームのビーム半径よりも大きな値に設定されている。その理由は、周縁２６での反射膜３２の固定による変位束縛条件が波面位相補正精度に与える影響を極力小さくするためである。また、周縁２６の近傍において反射膜３２には穴３２ａが設けらている。これにより、周縁２６の変位束縛条件に伴う補正精度劣化を低減することができる。
【０１２６】
反射膜３２には反射光ビームの光量低減を顕著に招かない程度に半径１〜２μｍの小穴３２ｂが多数設けてられている。小穴３２ｂの存在により、以下の２つの効果が得られる。
【０１２７】
第１の効果は、制御応答性の改善である。小穴３２ｂが空気の通風口を形成することにより、反射膜３２の周囲の空気が反射膜３２の移動を阻害する影響を低減することができる。第２の効果は、製造段階において、小孔３２ｂがエッチャントの流入経路を分散させせるため、エッチングプロセスの生産性が向上することにある。より詳細には、犠牲層を除去してヨーク周りの隙間を作成するプロセスにおいて、小穴３２ｂが穴３２ａとが協働してエッチャントの侵入孔として働くため、犠牲層の除去残りの防止やエッチング工程の所要時間の短縮の効果を得ることができる。
【０１２８】
図５（ｂ）は、アクチュエータの平面配置レイアウトを示しており、この図示されている状態は、図５（ａ）の状態から反射膜３２を取り除いた状態に対応している。図５（ｂ）におけるアクチュエータ３０個の識別のための添字ａ〜ａｄは、図５（ａ）において駆動点８ａ〜８ａｄの識別添添字に対応している。図の煩雑化を防ぐために全ての符号を記載してはいない。
【０１２９】
図５（ｂ）からわかるように、アクチュエータ３３ａ〜３３ａｄは概菱形形状を有し、各アクチュエータにおける駆動点８ａ〜８ａｄの位置を除いて、全て互いに同一の寸法および形状を有している。すなわち、固定電極、支持ポスト、ヨークの形状はアクチュエータどうしで等しい。菱形形状の頂角は、鋭角側が実質的に６０度、鈍角側が実質的に１２０度であるる。このような形状は、原点Ｏを中心に６個のアクチュエータを配置したとき、アクチュエータを効率良く配置することができる。
【０１３０】
次に、各アクチュエータにおける駆動点の位置を説明する。１点鎖線で示したアクチュエータの回動中心から駆動点までの距離を、内周側のアクチュエータ３３ａ〜３３ｆではＬ1、中周側のアクチュエータ３３ｇ〜３３ｒではＬ2、外周側のアクチュエータ３３ｓ〜３３ａｄではＬ３と設定することにする。本実施形態では、Ｌ1＜Ｌ2＜Ｌ3の関係が成立している。このようにアクチュエータの回動軸から駆動点までの距離を一定ではなく各アクチュエータ毎に個別に設定することによって、アクチュエータの変位設定範囲を可変に設けている。マイクロマシンとして作製される本実施形態のアクチュエータは、その平面形状が製造プロセスに用いるマスクのパターンで決まるため、個々のアクチュエータ毎に異なる平面形状を与えることは比較的容易である。
【０１３１】
これに対して、膜厚方向の寸法は、プロセスの性格上、アクチュエータ毎に異なる値を付与することは困難である。従って、アクチュエータの膜厚方向の変位設定範囲を犠牲層の膜厚で決定するような場合、どのアクチュエータも同じ設定範囲にならざるを得ない。しかし、本実施形態の構成によれば、アクチュエータの回動運動を基板からの距離の変位運動に変換している。このため、アクチュエータの回動中心から駆動点までの距離を異ならせることにより、基板から距離の変位範囲をアクチュエータ毎に設定することができる。
【０１３２】
本実施形態における反射膜３２は、原点Ｏ近傍で基板に固定されている。そして、可変形ミラーは、この原点Ｏを基準として滑らかに反射膜３２を変形させることによって、反射面の形状を高い精度で制御することができる。このため、原点Ｏに近い内周側のアクチュエータの変位量は小さく、原点Ｏから遠い外周側のアクチュエータの変位量は大きくとるのが好ましい。本実施形態では、上記のようにＬ1＜Ｌ2＜Ｌ3の関係を設定することにより、この条件を実現している。
【０１３３】
本実施形態では、内周側のアクチュエータ３３ａ〜３３ｆの制御系に誤動作が生じた場合でも、アクチュエータの変位量が相対的に小さいため、ミラー全体に与える誤動作の影響を小さくすることが可能である。また、アクチュエータの変位範囲を小さく設定するほど、変位の分解能と駆動力が向上しやすいため、応答性に優れ、精度の高い制御を行うことができる。
【０１３４】
以下、図５と図６を参照しながら、可変形ミラー８の光ビーム偏向動作と光検出器アレイの４分割フォトディテクタの出力との関係を説明する。図６は、本発明の実施形態１における光ビーム波面の偏向動作を示している。
【０１３５】
まず、図６（ａ）を参照して、可変形ミラー８の反射膜３２を変位させた場合の復路ビームＰの局所波面変化Δψを説明する。理解を簡単にするために１次元モデルについて説明する。
【０１３６】
光ビームは、往路ビームとして矢印Ａ方向から入射し、反射膜３２で反射して図示しない光ディスクに向かい、矢印Ｂのように反射されて復路ビームとして入射し、再度反射膜３２に反射されて矢印Ｃの方向に出射される。この復路出射ビームをＰとする。復路出射ビームＰの波面、すなわち電界の同位相面は、全体的に見れば平面波に収差成分が加えられた高次の曲面となるが、複数の局所に分割して各局所内では高次の成分を無視して扱う近似が可能である。ここでは一次の平面波近似とし、復路出射ビームＰの局所波面の変化を、平面波の傾きの変化Δψとして扱う。反射膜３２の変形も一次成分のみを考えると、例えば隣接する駆動点間の距離をＬ、互いの駆動点の変位量の差をΔＺとして、反射膜３２の局所的な傾きをθ＝ΔＺ／Ｌとして表すことができる。光ビームの反射角変化は反射膜３２の傾き変化の２倍になること、光ビームは往路、復路で計２回反射膜３２で反射すること、かつΔψは微小量であることから、数２の関係式が得られる。
【０１３７】
【数２】
0003657259.tif 000003
【０１３８】
実際の反射膜３２面は２次元であるため、直交する２方向について局所傾きθを制御する必要がある。直交する２方向は、光検出器アレイの４分割フォトディテクタの分割形状に合わせて、円の半径方向と接線方向にとる。この反射膜３２の２次元の傾きと駆動点の変位との関係を図５（ａ）を参照して説明する。まず記号の定義として、反射膜３２の駆動点８ａ〜８ａｄにおける変位をそれぞれＺａ〜Ｚａｄとする。全アクチュエータを駆動しない状態では、変位Ｚａ〜Ｚａｄは零であり、反射膜３２は駆動点８ａ〜８ａｄ、原点Ｏ、周縁２６の全ての点において実質的に同一平面上にある。変位Ｚａ〜Ｚａｄは正、負の値をとり得て、紙面手前方向への変位を正、紙面奥方向への変位を負とする。
【０１３９】
局所傾きは×印で示す１９個の４分割フォトディテクタに対応する位置１５ａ〜１５ｓにつき、×印近傍の平均傾きとして、それぞれ半径方向成分θａｒ〜θｓｒと接線方向成分θａｔ〜θｓｔの計３８個の値を定義する。これらの変位Ｚａ〜Ｚａｄと、半径方向および接線方向の局所傾きθａｒ〜θｓｒ、θａｔ〜θｓｔとの関係について、代表的な３点１５ｂ（内周）、１５ｓ（外周）、１５ａ（原点）を例にとって説明する。
【０１４０】
内周の点１５ｂ近傍の局所傾きとして、接線方向θｂｔは数３のように、駆動点８ｄと８ｃとの変位の差を両点間の距離で割ったものを用いる。半径方向θｂｒは数４のように、駆動点８ｃと８ｄの中点（すなわち点１５ｂ自身）が原点Ｏとなす傾きと、駆動点８ｋと８ｌの中点が原点Ｏとなす傾きとの平均値を用いる。内周の他の５点１５ｃ〜１５ｇについても全く同様にθｃｔ〜θｇｔ、θｃｒ〜θｇｒを与える。
【０１４１】
【数３】
0003657259.tif 000004
【０１４２】
【数４】
0003657259.tif 000005
【０１４３】
外周の点１５ｓ近傍の局所傾きとして、接線方向θｓｔは数５のように、駆動点８ｎと８ｍとの変位の差を両点間の距離で割ったものを用いる。半径方向θｓｒは数６のように、駆動点８ｍと８ｎの中点（すなわち点１５ｓ自身）が駆動点８ｚとなす傾きと、駆動点８ｄと８ｅの中点が駆動点８ｚとなす傾きとの平均値を用いる。外周の他の１１点１５ｈ〜１５ｒについても全く同様にθｈｔ〜θｒｔ、θｈｒ〜θｒｒを与える。
【０１４４】
【数５】
0003657259.tif 000006
【０１４５】
【数６】
0003657259.tif 000007
【０１４６】
原点Ｏと重なる点１５ａ近傍の局所傾きとして、接線方向θａｔは数７のように、駆動点８ｄと８ａとの変位の差を両点間の距離で割ったものを用いる。半径方向θａｒは数８のように、駆動点８ｂと８ｃの中点が原点Ｏに関して形成する傾きと、駆動点８ｅと８ｆの中点が原点Ｏに関して形成する傾きとの平均値を用いる。
【０１４７】
【数７】
0003657259.tif 000008
【０１４８】
【数８】
0003657259.tif 000009
【０１４９】
以上のように、変位Ｚａ〜Ｚａｄと、局所傾きθａｒ〜θｓｒ、θａｔ〜θｓｔとの関係が求められる。さらに復路出射ビームＰの波面変化Δψを、局所傾きθと同じ添字表現を用いて、半径方向成分Δψａｒ〜Δψｓｒ、接線方向成分Δψａｔ〜Δψｓｔと表すと、数２を適用して、変位Ｚａ〜Ｚａｄと波面変化Δψａｒ〜Δψｓｒ、Δψａｔ〜Δψｓｔの関係が求められる。
【０１５０】
次に図６（ｂ）を用いて復路ビームＰの局所波面変化Δψと光検出器アレイの４分割フォトディテクタの出力との関係を説明する。これも簡単のために１次元モデルとしている。レンズアレイ１４の１つのレンズの平均レンズ径をｄ、焦点距離をｆとする。このレンズによる光ビームＰの焦点は、光ビームＰが収差のない平面波の場合には、一点鎖線で示すように光検出器アレイの４分割フォトディテクタの分割線と一致するように調整されている。光ビームＰの局所波面を平面波近似し、この傾き変化Δψを与えたときの焦点位置変位をεとすると、εは数９で与えられる。
【０１５１】
【数９】
0003657259.tif 000010
【０１５２】
４分割フォトディテクタの出力は図２（ｄ）を用いて説明した記号をそのまま用いて、差信号をＹ、和信号をＳとする。焦点位置における光ビームＰの回折限界半径をωとすると、数１０、数１１の近似が可能である。但し、λは光ビームＰの波長である。
【０１５３】
【数１０】
0003657259.tif 000011
【０１５４】
【数１１】
0003657259.tif 000012
【０１５５】
数１１から明らかなように、４分割フォトディテクタの出力について、差信号と和親号の比Ｙ／Ｓは局所波面変化Δψに比例すると近似できる。これを２次元に拡張すると、１９個の各４分割フォトディテクタ１５ａ〜１５ｓの差信号／和信号の比Ｙａｒ／Ｓａ〜Ｙｓｒ／Ｓｓ、Ｙａｔ／Ｓａ〜Ｙｓｔ／Ｓｓと局所波面変化Δψａｒ〜Δψｓｒ、Δψａｔ〜Δψｓｔとを関係付けることができる。
【０１５６】
以上数２〜数１１と記載を省略した同等の式から判るように、光検出器アレイの各４分割フォトディテクタの差信号／和信号の比Ｙ／Ｓは光ビームＰの局所波面変化Δψに比例し、この局所波面変化Δψが可変形ミラー８の反射膜３２の変位Ｚの一次式で表現されることから、これらの式からΔψを消去し、Ｙ／ＳをＺの線形表現で表すことができる。
【０１５７】
次に、続けて図５（ａ）を用いてアクチュエータの駆動力と変位Ｚａ〜Ｚａｄとの関係について説明する。駆動点８ａ〜８ａｄにおけるアクチュエータの駆動力をＦａ〜Ｆａｄとする。駆動力Ｆａ〜Ｆａｄは正、負の値をとり得て、反射膜３２を紙面手前方向へ駆動する駆動力を正、紙面奥方向へ駆動する駆動力を負とする。ｋを反射膜３２の構成により定まる一定値の係数とすると、基本的な考え方としては各駆動点について数１２が成り立つ。ここではＦ、Ｚ、ｍ、γに対する添字（ａ〜ａｄ）は記載を省略している。ｍは駆動点のＺ方向の運動に関わる等価質量、γは空気抵抗も含めた粘性係数である。また、ΔＺ／Ｌは周辺の点との傾きであり、詳細は引き続き説明する。
【０１５８】
【数１２】
0003657259.tif 000013
【０１５９】
ΔＺ／Ｌで表した項の詳細について、代表的な３点８ａ（内周）、８ｇ（中周）、８ｔ（外周）を例にとり、図７を用いて説明する。図７は本発明の実施形態１における可変形ミラー８の拡大平面図である。まず図７（ａ）を用いて、内周の駆動点８ａに関するΔＺａ／Ｌの詳細を説明する。駆動点８ａの周辺の点としては、原点Ｏ、駆動点８ｂ、８ｆ、８ｇ、８ｒの５点をとり、各点と駆動点８ａとの距離をそれぞれＬａｏ、Ｌａｂ、Ｌａｆ、Ｌａｇ、Ｌａｒとする。また、駆動点８ｒと８ａと８ｇが成す角を２等分した角度をα１、駆動点８ｇと８ａと８ｂが成す角を２等分した角度をα２、駆動点８ｂと駆動点８ａと原点Ｏが成す角を２等分した角度をα３、原点Ｏと駆動点８ａと８ｆが成す角を２等分した角度をα４、駆動点８ｆと８ａと８ｒが成す角を２等分した角度をα５とする。例えば駆動点８ｇと駆動点８ａとの平均傾きは（Ｚｇ−Ｚａ）／Ｌａｇであり、駆動点８ａから見た視野角（α１＋α２）の範囲内はこの平均傾きが適用されるものと近似する。他の周辺の点も同じように考えると数１３が得られる。
【０１６０】
【数１３】
0003657259.tif 000014
【０１６１】
なお、Ｌａｏ、Ｌａｂ、Ｌａｆ、Ｌａｇ、Ｌａｒ、α１〜α５は全て駆動点の配置形状から求まる定数であり、ｒ1、ｒ2の関数で表すことができる。他の内周の駆動点８ｂ〜８ｆの傾きΔＺｂ／Ｌ〜ΔＺｆ／Ｌも同様に求まる。中周の駆動点８ｇに関するΔＺｇ／Ｌについても、考え方は内周の駆動点８ａの場合と全く同じである。駆動点８ｇの周辺の点としては、駆動点８ａ、８ｈ、８ｒ、８ｓ、８ｔの５点をとり、各点と駆動点８ｇとの距離と、駆動点８ｇから見た視野角を求めてΔＺｇ／Ｌを定式化できる。他の中周の駆動点８ｈ〜８ｒの傾きΔＺｈ／Ｌ〜ΔＺｒ／Ｌも同様に求まる。
【０１６２】
外周の駆動点８ｔに関するΔＺｔ／Ｌについても、基本的な考え方は同じであるが、周縁２６と穴３２ａの影響を考慮に入れる必要があるため、図７（ｂ）を用いて説明を行う。駆動点８ｔの周辺の点としては、駆動点８ｈ、８ｇ、８ｓ、８ｕの４点と周縁２６とをとり、各点と駆動点８ｔとの距離をそれぞれＬｔｈ、Ｌｔｇ、Ｌｔｓ、Ｌｔｕ、Ｌｔとする。また、２つの穴３２ａの間の接続部３２ｃの端点Ｐ1、Ｐ1が駆動点８ｔと成す角をβ1、他の端点Ｐ3と駆動点８ｔと８ｕが成す角をβ1、駆動点８ｕと８ｔと８ｈが成す角を２等分した角度をβ3、駆動点８ｈと８ｔと８ｇが成す角を２等分した角度をβ4、駆動点８ｇと８ｔと８ｓが成す角を２等分した角度をβ5、駆動点８ｓと８ｔとさらに他の端点Ｐ4が成す角をβ6とする。以上のような記号を用いて、ΔＺｔ／Ｌは数１４と表される。
【０１６３】
【数１４】
0003657259.tif 000015
【０１６４】
Ｌｔ、Ｌｔｕ、Ｌｔｈ、Ｌｔｇ、Ｌｔｓ、β1〜β6も内周の駆動点と同様に配置形状から求まる定数であり、ｒ2、ｒ3の関数で表すことができる。他の外周の駆動点８ｕ〜８ａｄの傾きΔＺｕ／Ｌ〜ΔＺａｄ／Ｌも同様に求まる。このように与えられたΔＺａ／Ｌ〜ΔＺａｄ／Ｌを数１２に適用すると、各アクチュエータの駆動力Ｆａ〜Ｆａｄは各駆動点の加速度ｄ2（Ｚａ）／ｄｔ2〜ｄ2（Ｚａｄ）／ｄｔ2、各駆動点の速度ｄ（Ｚａ）／ｄｔ〜ｄ（Ｚａｄ）／ｄｔ、周囲の駆動点も含めた変位Ｚａ〜Ｚａｄの線形表現で表すことができる。
【０１６５】
最後に、アクチュエータの固定電極に与える駆動電圧（Ｈ状態）の通電時間デューティーＵと駆動力Ｆとの関係について説明する。通電時間デューティーＵは図３において説明した通り、Ｈ状態に通電した時間を制御周期で割ったものである。図３に示したアクチュエータの構成図からも明らかなように、固定電極２９（あるいは２９'）とヨーク２８とはコンデンサーを形成し、この静電容量Ｃａは数１５の近似式で表されるような自身の変位Ｚの関数となる。ここでε0は真空誘電率、Ｓは有効面積、ｋ'は１以下の正の定数である。ｋ'・Ｚの前の±の符号については、固定電極２９を駆動する場合には負、固定電極２９'を駆動する場合には正とする。
【０１６６】
【数１５】
0003657259.tif 000016
【０１６７】
駆動力Ｆは静電エネルギーＣａＶ2／２の距離方向への偏微分値に通電時間デューティＵを乗じたものとして数１６のように近似される。静電容量Ｃａと電流径路の抵抗値Ｒとの積である時定数ＣａＲが大きく、電荷移動に時間を要する場合にはＦとＵとの非線形性は大きくなるが、いずれにしても駆動力Ｆを、駆動方向の向きに応じて、固定電極への駆動電圧の通電時間デューティーＵ、変位Ｚの関数として与えることができる。
【０１６８】
【数１６】
0003657259.tif 000017
【０１６９】
以上説明したような、制御入力であるアクチュエータへの駆動電圧の通電時間デューティから検出出力である光検出器アレイの出力信号に至るまでの一連の関係は後述する制御部に設定されており、制御部はこれらを利用して波面位相制御を行う。制御部の多入力多出力制御の説明はベクトル表現で行うのが簡潔であるため、まず記号を定義する。但し、アクチュエータの駆動力Ｆ、固定電極への駆動電圧の通電時間デューティーＵと変位Ｚとの関係は、他のアクチュエータからの干渉がない独立な関係であり、かつ非線形であるため、まずは駆動力から光検出器アレイの出力までの関係を線形マトリクス表現で求め、その後駆動力を通電時間デューティーに非線形に個別変換する手法をとり、制御に要する演算の効率を高めている。光検出器アレイの出力ベクトルｙは数１７で定義され、３８個の成分を有する列ベクトルである。
【０１７０】
【数１７】
0003657259.tif 000018
【０１７１】
但し、右肩のＴは転置操作を表す。可変形ミラー８の状態ベクトルｘは数１８で定義され、変位Ｚａ〜Ｚａｄ及び速度ｄ（Ｚａ）／ｄｔ〜ｄ（Ｚａｄ）／ｄｔの６０個の成分を有する列ベクトルである。
【０１７２】
【数１８】
0003657259.tif 000019
【０１７３】
アクチュエータの駆動力ベクトルｆは数１９で定義され、駆動力Ｆａ〜Ｆａｄの３０個の成分を有する列ベクトルである。
【０１７４】
【数１９】
0003657259.tif 000020
【０１７５】
アクチュエータの通電時間デューティーベクトルｕは数２０で定義され、通電時間デューティーＵａ〜Ｕａｄの３０個の成分を有する列ベクトルである
【０１７６】
【数２０】
0003657259.tif 000021
【０１７７】
数２１で与えられるｄは外乱ベクトルで、ディスクの波面収差等によって生じる３８個の列ベクトルであり、補正制御の対象である。
【０１７８】
【数２１】
0003657259.tif 000022
【０１７９】
ベクトルｙ、ｘ、ｆは数２２〜数２３の状態方程式に従う。
【０１８０】
【数２２】
0003657259.tif 000023
【０１８１】
【数２３】
0003657259.tif 000024
【０１８２】
行列Ａは６０×６０型、行列Ｂは６０×３０型、行列Ｃは３８×６０型の行列関数であり、行列Ａ、Ｂ、Ｃの各成分は、既に説明した数２〜数１４と記載を省略した同等の式を用いて決定される。行列Ａ、Ｂ、Ｃの成分には零が多く含まれており、このことを明示するために副行列を用いた表示を数２４〜数２６に示す。
【０１８３】
【数２４】
0003657259.tif 000025
【０１８４】
【数２５】
0003657259.tif 000026
【０１８５】
【数２６】
0003657259.tif 000027
【０１８６】
但し、０は零行列、Ｉは３０×３０型の単位行列、Ａ1は３０×３０型の非対角行列、λ1、λ2は３０×３０型の対角行列、Ｃ1は３８×３０型の非対角行列である。また、ベクトルｘも数２７に示すように、変位ベクトルｚと速度ベクトルｖとから成ることを明示する。
【０１８７】
【数２７】
0003657259.tif 000028
【０１８８】
さて、制御構成の説明に入る。波面位相制御の目的は、ディスクチルトや基材厚変化等により外乱ｄが発生した場合に、可変形ミラーのアクチュエータに適切な駆動力ｆを与えてミラーの状態ｘを変化させ、出力ｙが常に零ベクトルになるように収束させることにある。この制御動作を実現するための構成を図８を用いて説明する。
【０１８９】
図８は本発明の実施形態１における制御部の概略構成図である。図において、制御部５０は目標値設定部５１、定常偏差制御部５２、安定化補償部５３、ｆ／ｕ変換部５６から構成され、波面位相検出器１６の出力ベクトルｙを入力して、アクチュエータの通電時間デューティーベクトルｕを出力する。
【０１９０】
目標設定部５１は波面位相検出器１６の出力ベクトルｙの目標となる目標ベクトルｙｒを設定する。通常の記録再生時には、目標ベクトルｙｒは零ベクトルに設定する。しかし、例えば２層光ディスクの合焦点層を切り替える場合のように、予め波面収差が発生することが予測でき、その収差による出力ｙの変化の見積もりを行える場合には、目標設定部５１は目標ベクトルｙｒをその見積もられたベクトルに設定することにより、フィードフォワード制御を行う。
【０１９１】
２層ディスクの合焦点層を切り替える場合の目標ベクトルｙｒの設定方法について説明する。まず屈折率や接着層厚さ等が標準的なディスクを想定した場合の層間ジャンプ時に発生する外乱ベクトルｄの標準変化量Δｄが予めＲＯＭに設定されている。目標ベクトルｙｒは、システムを所定時間ｔｊだけオープンループ制御したときに予測される出力ベクトルｙの変化がΔｄと一致するように逆算した値を設定する。所要時間ｔｊはオーバーシュートを防ぐため比較的大きな値に設定され、対物レンズの焦点移動に要する時間、すなわち移動動作を開始してから別の層のヘッダ部のアドレスを読み出すまでの時間の標準的な値の２〜３倍の時間としている。この所要時間ｔｊの値もやはり予め決められた値がＲＯＭに設定されている。
【０１９２】
定常偏差制御部５２は、誤差信号ｙｒ−ｙに定常偏差なく追従するために必要な型数ｐを実現するために、ｐ個の積分器を直列に結合し、各積分器の出力にゲイン行列Ｋ１〜Ｋｐを乗じて加算した積分補償器である。型数ｐおよびゲイン行列Ｋ１〜Ｋｐの値は応答すべきベクトルｙの関数の次数と行列関数Ａ、Ｂ、Ｃとの関係から設計的に求められ、予め決められた関数として設定されている。
【０１９３】
安定化補償部５３は閉ループシステムを漸近安定にするための微分補償器で、ここではオブザーバ５４とレギュレータ５５とで構成している。オブザーバ５４は、波面位相検出器１６の出力ベクトルｙと、アクチュエータの駆動力ベクトルｆとを入力し、状態ベクトルｘの推定値ベクトルｘ'を出力する最小次元オブザーバである。レギュレータ５５はフィードバックゲイン行列Ｆにより、状態の推定値ベクトルｘ'を入力して線形演算した結果を出力する。行列Ｆには、閉ループシステムの極が複素左平面の適切な位置に配置されて漸近安定となるように、予め設計的に求められた値が設定されている。レギュレータ５５の出力が定常偏差補償部５２出力と加算されたものがアクチュエータの駆動力ベクトルｆである。
【０１９４】
ｆ／ｕ変換部５６は、アクチュエータの駆動力ベクトルｆを実際の制御信号である通電時間デューティーベクトルｕに変換する非線形変換部である。ｆ／ｕ変換部５６には駆動力ベクトルｆと状態の推定値ベクトルｘ'とが入力され、各アクチュエータに対応した３０個の成分について、数１６に従い駆動力Ｆと変位Ｚの推定値とから通電時間デューティＵが求められる。より詳しくは、ｆ／ｕ変換部５６は、各アクチュエータについて２つある固定電極のいずれを選択するかの選択回路と、予めメモリに非線形関数として定められた値が格納された変換テーブルを持つ。そしてまず駆動力Ｆの正負の符号に応じて駆動すべき固定電極が選択され、次に変換テーブルにＺとＦとをアドレスとして入力すると通電時間デューティーＵが得られるように構成されている。これを３０個のアクチュエータについて行い、通電時間デューティーベクトルｕを得る。
【０１９５】
制御部５０は既述した可変形ミラー８と波面位相検出器１６との制御対象と共に閉ループシステムを構成する。すなわち、通電時間デューティーｕは可変形ミラー８に入力され、まずアクチュエータ３３で駆動力ｆを発生する。反射膜３２は駆動力ｆにより状態ｘが変化し、これにより反射された光ビームの波面位相が変化して波面位相検出器１６の出力ｙが変化する。また、光ビームの波面位相はディスクチルト、基材厚変化、指紋付着等によっても変化し、これらは外乱ｄとして出力ｙに影響する。これに対し、制御部５０は、通電時間デューティーｕを出力し、外乱ｄの変化に追従してこれを補正し、出力ベクトルｙが常に零になるように制御する。
【０１９６】
再び図１を参照し、以上のように構成した情報記録装置の動作を説明する。初期動作においては、光ディスク１０を図示しないディスクモータに装着して回転させ、対物レンズ９のフォーカス引込みと目標トラックへのトラッキング制御を行う。この時点ではまだ可変形ミラー８への駆動電圧は与えられず、ミラー表面は平坦で波面の位相補正は行われない。しかしこの動作はディスク１０のチルトが小さいディスク内周側で行われ、かつ球面収差が小さい第１層側で行われるため、ヘッダ部１０ａのＶＦＯ信号のＰＬＬ引込み及びアドレス読込みは十分安定して行うことが可能である。情報記録装置はＶＦＯ信号から作成したクロック信号をカウントし、ビームスポット１７がミラー部１０ｂ内にあるタイミングで波面位相検出器１６の出力をサンプリングする。
【０１９７】
図示しない制御部は、目標ベクトルｙｒを零ベクトルに設定し、このサンプリングした出力ｙを零にするように、可変形ミラー８への通電時間デューティｕを生成し、ミラーの形状を変化させて波面位相の補正制御を行う。もしもアドレス読込みに失敗する等の理由により波面位相検出器１６の出力を有効にサンプリングできなかった場合には、前回の有効な出力がそのまま保持される構成となっている。このように、波面位相検出器１６による波面位相の検出は確実にビームスポット１７がミラー部１０ｂ内にある状態で行われ、プリピットやグルーブの影響を受けることなく精度の高い波面位相検出を行うことができる。また、対物レンズ９の制御帯域は、可変形ミラー８の制御帯域はよりも十分高く設定されており、対物レンズ９の制御誤差による波面位相検出精度の劣化を抑えるように構成されている。
【０１９８】
シークを行う場合には、シーク開始位置における最終の有効な波面位相検出器１６の出力を保持した状態で粗シークを行い、最初にアドレス読込みを行ったセクターのミラー部１０ｂから波面位相検出器１６の出力をサンプリングして波面位相の補正制御を行う。目標ベクトルｙｒは零ベクトルのままである。もしも粗シーク後にアドレスが読めない状態が所定時間以上続く場合は、可変形ミラー８への駆動電圧を全て零にしてシーク元での補正状態を一度解除してからアドレス読み動作のリトライを行う。
【０１９９】
２層光ディスク１０の合焦点層を第１層から第２層に切り替える場合には、対物レンズ９を強制的に第２層方向に移動させるが、このとき制御部は、まず第１層における最終の有効な波面位相検出器１６の出力ベクトルｙを保持し、次に目標設定部が所定の目標ベクトルｙｒを設定する。出力ベクトルｙを保持したまま非零の目標ベクトルｙｒを与えるため、誤差ベクトルｙｒ−ｙが増加し、可変形ミラー８への通電時間デューティｕが変化することに伴い、可変形ミラー８の状態ベクトルｘが強制的に変化し、オープンループによって波面収差が補正される方向にフィードフォワード制御される。第２層のアドレスが読み込まれた後は、目標設定部は目標ベクトルｙｒを再び零ベクトルに設定し、第１層における最終の有効な波面位相検出器１６の出力ベクトルの保持を解除して、新たにサンプリングされた第２層の有効な出力ベクトルに基づいて閉ループ制御を開始する。
【０２００】
このように予め波面収差が発生することが予測できる場合に、目標設定部によって適切な目標ベクトルｙｒを与えてフィードフォワード制御を行うことにより、迅速で過渡誤差の少ない波面位相補正制御を行うことができる。なお、もしも第２層のアドレスが読めない場合には、目標設定部は所定時間ｔｊ後に目標ベクトルｙｒを再び零ベクトルに戻して、可変形ミラー８の状態ベクトルｘの強制変化を中断する。こうして暴走を防止した上で、アドレス読み動作のリトライを行う。
【０２０１】
アドレス読みが正常に行われた場合には、目標ベクトルｙｒを零ベクトルに保持し、制御部５０が形成する閉ループシステムによって波面位相検出器１６の出力ベクトルｙが外乱ｄがあっても常に零ベクトルとなるように可変形ミラー８を制御する。
【０２０２】
なお、数１２において等価質量ｍ及び粘性係数γが十分無視できるほど小さく、変位ベクトルｚが駆動力ベクトルｆから遅れなく与えられるように構成して制御の簡略化を図った構成も実現可能である。この場合、数２２〜数２７は数２８、数２９のように簡略化できる。
【０２０３】
【数２８】
0003657259.tif 000029
【０２０４】
【数２９】
0003657259.tif 000030
【０２０５】
また、Ｃ1-をＣ1のムーア・ペンローズ型の一般逆行列とすると、数２８、数２９から数３０が得られる。
【０２０６】
【数３０】
0003657259.tif 000031
【０２０７】
ここでｙ＝０となるように制御を行い、実際には外乱ｄは出力ｙとして観測されることを考えれば、数３１のように直接出力ベクトルｙから駆動力ベクトルｆへの変換を行うことができ、この駆動力ベクトルｆを常に零に保つように適当な定常偏差補償と安定化補償を行えばよい。
【０２０８】
【数３１】
0003657259.tif 000032
【０２０９】
ここで一般逆行列Ｃ1-を用いるのは、Ｃ1は正方行列ではないため逆行列Ｃ1-1が存在しないためである。しかし、出力の誤差のノルム‖ｙ‖＝‖Ｃ1ｚ−ｄ‖を最小にし、かつ変位のノルム‖ｚ‖を最小にする一般逆行列Ｃ1-は任意のＣ1につき成立し、最適近似解としてのｚを得ることができる。また、数２９自身がモデル化誤差や測定ノイズ等のために必ずしも実際には解を持たない方程式であったとしてもＣ1-は存在し、上記のような最適近似を与える変位ベクトルｚを算出することができる。Ｃ1-はＣ1から一意に決定されるため、予め値が求められた行列として制御部に設定することができる。すなわち数３１においては各検出領域毎の波面情報ｙから行列演算部Ｃ1-によって復路光全体の波面情報Ｃ1-ｙが演算されているのが明示されている。この近似の元になった数１２〜数２７では復路光全体の波面情報の項をこのように簡単な表現で表すことはできないが、復路光全体の波面情報を再構成する演算が行われていることは明白である。
【０２１０】
以上説明したように、本実施形態によれば、波面検出器１６が復路光の局所波面を検出し、この出力に基づいて制御部が可変形ミラー８に復路光の全体波面を再構成させる駆動信号を出力しているために、波面収差の検出補正が特定のタイプのものに限定されることなく、任意の波面収差に対応することができ、チルト、ディスク基材の厚さばらつきや復屈折、指紋等の汚れなどによる複合的な波面収差を精度良く補正することができる。
【０２１１】
また、レンズアレイ１４の各レンズの面積を不均一とし、特に復路光の強度が高い部分に配設した検出領域の面積を復路光の強度が低い部分に配設した検出領域の面積よりも大きく設けているため、復路光の強度分布の不均一に伴う検出器毎の集光光量差を補償することができ、各光検出器の出力信号のＳ／Ｎ比を均等化して全体波面の再構成精度を向上させることができる。
【０２１２】
また、媒体が保有する情報を検出する媒体情報検出部の出力に基づいて波面検出器１６による検出のタイミングを生成しているため、媒体が波面検出を行うのに適切な状態にあるときに確実に波面を検出することができ、精度の高い波面位相検出を行うことができる。
【０２１３】
また、可変形ミラー８のヨークが回動軸をはさんで反対側の位置に振り分けられた第１の部分と第２の部分を備えて、第１の固定電極を第１の部分に対向させ、第２の固定電極を第２の部分に対向させ、第１の部分に結合突起を介して反射膜を結合させているために、反射膜を双方向にアクティブに駆動することができ、駆動力の対称性を改善して制御精度や応答性を向上させることができる。
【０２１４】
また、第１の固定電極や第２の固定電極に駆動信号を与えない状態では、反射膜は平面精度の高い反射面を保持しており、この状態をそのまま中立点として双方向に駆動しているため、従来のような中立点を得るために予め初期変形させる動作が不要で、初期変形時の駆動感度バラツキ等による中立点の再現性等の問題がなく、補正精度を向上させることができる。
【０２１５】
また、アクチュエータの回動軸から結合突起までの距離を各アクチュエータ毎に個別に設定して、膜厚方向のアクチュエータの変位設定範囲をアクチュエータ毎に可変に設けているため、膜厚方向の寸法が各アクチュエータで一様なプロセスによって形成した場合でもアクチュエータの変位設定範囲を可変とすることができる。
【０２１６】
また、反射膜を原点近傍で固定し、原点に近い内周側のアクチュエータの変位量を小さく、原点から遠い外周側のアクチュエータの変位量を大きくとることにより、内周側のアクチュエータは万が一制御系に誤動作があった場合にも変位量が制限されているため全体に与える影響を小さくすることが可能であり、また変位範囲を小さく設定している分、分解能と駆動力の点でアクチュエータ性能が向上しやすいため、応答性に優れ、精度の高い制御を行うことができる。
【０２１７】
（実施形態２）
次に、図９を参照しながら本発明による情報装置の第２の実施形態を説明する。図９は、本実施形態の概略構成を示している。
【０２１８】
本実施形態の可変形ミラー８は、実施形態１で説明した構成と同一の構成を有している。
【０２１９】
本実施形態の情報装置では、複数の光源を用いる。
【０２２０】
まず、青色光記録ディスクの光源となる波長４０５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザとフォトディテクタとを一体化した青色レーザモジュール６０から出射された光について説明する。
【０２２１】
青色レーザモジュール６０から出射された青色光ビームは、コリメートレンズ６１によって平行光に変換される。整形プリズム６２は、楕円形の青色光ビームを円形に整形する。整形された光は偏光ホログラム６３に入射する。偏光ホログラム６３は、ＬｉＮｂＯ3等の複屈折性を有する材料基板にホログラムパターンを形成した回折格子であり、パターン溝部の屈折率をプロトン交換等によって合わせ込むことによって、異常光線には位相差を与えず常光線には位相差を与える。その結果、偏光ホログラム６３を透過する際に、異常光線は回折せず、常光線はホログラムパターンに応じて回折し偏向される。常光線に対しては±１次光の比率が最大になり０次光の比率がほぼ零になるように溝深さが設計されている。なお、異常光線と常光線とは互いに直角に偏った直線偏光である。
【０２２２】
偏光ホログラム６３から出た直線偏光は、１／４波長板６４によって円偏向に変換され、ダイクロイックプリズム６５に入射する。ダイクロイックプリズム６５は、青色光反射面６５ａと赤外光反射面６５ｂとを備え、これらの面はレーザ波長に応じて光ビームを選択的に反射または透過する。青色光反射面６５ａは、偏光方向によらず、波長４０５ｎｍの青色光をほぼ全反射し、波長６５０ｎｍ以上の赤〜赤外光をほぼ全透過する。なお、赤外光反射面６５ｂは、やはり偏光方向によらず、波長７８０ｎｍの赤外光をほぼ全反射し、波長６５０ｎｍ以下の赤〜青色光はほぼ全透過する。他の一面は波長選択性のない通常面６５ｃとなっている。
【０２２３】
高屈折率ガラス材で形成された対物レンズ６７は、単レンズ構成でＮＡが０．８５に設計されている。光ディスク６８は、青色レーザモジュール６０によって記録再生される青色光記録ディスク、またはＤＶＤディスク、ＣＤディスクのいずれかを受け入れて記録再生可能に設けられている。
【０２２４】
青色光記録ディスクは、基材厚０．６ｍｍのディスク基板に相変化記録材料あるいは色素系記録材料からなる記録層を設け、この２枚の基板を厚さ３０〜５０μｍの透明な接着層を介して貼り合わせた片面２層記録ディスクであり、グルーブ又はランドの一方のみに記録を行うフォーマットとなっている。グルーブピッチ、すなわち隣接するグルーブ間の距離ｐは数３２のように定められ、復路光におけるグルーブによる回折光の０次光と＋１次光との干渉領域が、０次光と−１次光との干渉領域と実質的に重ならないようになっている。
【０２２５】
【数３２】
0003657259.tif 000033
【０２２６】
ＤＶＤ−ＲＯＭディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭディスクを含めたＤＶＤディスクの記録再生には、ＤＶＤレーザモジュール６９から出射される赤色レーザ光が用いられる。ＤＶＤレーザモジュール６９は、光源となる波長６５０ｎｍのＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザとフォトディテクタとを一体化したものである。
【０２２７】
レンズ７０は、ＤＶＤレーザモジュール６９から出射された赤色光ビームを所望の拡がり角を持つ有限光学系に変換する。偏光ホログラム７１は、偏光ホログラム６３と同様の構成を有している。偏光ホログラム７１は、異常光線を回折しないが、±１次光の比率が最大になり０次光の比率がほぼ零になるように常光線を回折する。直線偏光を円偏向に変換する１／４波長板７２から出射した赤色光ビームは、ダイクロイックプリズム６５の赤外光反射面６５ｂを透過して入射し、青色光反射面６５ａを透過して出射した後、可変形ミラー８に向かう。ダイクロイックプリズム６５は、楕円形ビームを円形ビームに整形する整形プリズムの役割を果たす。
【０２２８】
ＣＤディスクの記録再生には、ＣＤレーザモジュール７３から出射される赤外レーザ光が用いられる。ＣＤレーザモジュール７３は光源となる波長７８０ｎｍのＧａＡｌＡｓ系半導体レーザとフォトディテクタとを一体化したものである。ガラスホログラム７４は、ＣＤレーザモジュール７３に近い側の面にはトラッキング制御用の３ビーム作成用のホログラムパターンが作成され、他面には復路光をＣＤレーザモジュール７３のフォトディテクタに偏向させるためのホログラムパターンが作成されている。レンズ７５は、ＣＤレーザモジュール７３から出射された光ビームを所望の収束角を持つ有限光学系に変換する。
【０２２９】
次に、図１０を参照しながら、青色レーザモジュール６０および偏光ホログラム６３を説明する。図１０は、本実施形態における青色レーザモジュール６０と偏光ホログラム６３との概略構成を示している。
【０２３０】
青色レーザモジュール６０の光源８０から出射された青色光ビームは、図１０において示していないコリメートレンズと整形プリズムとを通過して偏光ホログラム６３に入射する。偏光ホログラム６３は、図１０（ｂ）に示すように、復路光をフォトディテクタに偏向させるための２８個の領域６３ａ〜６３ａｂと、開口を一定に制限し特に復路光が光源に戻ることを防止するための領域６３ｘｘの計２９個に領域分割されている。これらの各領域にはそれぞれ復路光を目的方向に偏向するために最適な回折格子パターンが形成されている。
【０２３１】
領域６３ａ〜６３ａｂの形状は、青色光記録ディスクのグルーブ溝によって形成される干渉パターンにあわせて設計される。領域６３ａ、６３ｎ、６３ｏ、および６３ａｂは、青色光記録ディスクの０次反射光の領域に対応している。また、領域６３ｂ〜６３ｍは０次反射光と＋１次反射光との干渉領域に対応し、領域６３ｐ〜６３ａａは０次反射光と−１次反射光との干渉領域に対応している。
【０２３２】
青色光記録ディスクのグルーブピッチｐは、数３２のように定められているため、＋１次光と−１次光との干渉領域は無く、偏光ホログラム６３にもこれに対応した領域は設けない。
【０２３３】
偏光ホログラム６３を通過した往路の青色光ビームは、異常光線が回折されることなく直進し、常光線は回折して偏向される。偏向された常光線は光路外に外れて無効な迷光となり、異常光線のみが有効な青色光ビームとして光ディスク６８で反射されて復路光となる。復路の光ビームは図示しない１／４波長板を往復計２回通過して常光線となっているため、偏光ホログラム６３でほぼ全光量回折され、±１次光が青色レーザモジュール６０の各フォトディテクタに偏向される。
【０２３４】
青色レーザモジュール６０のフォトディテクタは、青色光記録ディスクの記録トラック接線方向に対応した縦分割線によって２分割された縦分割フォトディテクタ８１と、これと直交する方向の横分割線によって２分割された横分割フォトディテクタ８２とからなる。縦分割フォトディテクタ８１および横分割フォトディテクタ８２はどちらも２８個ずつあり、それぞれ偏光ホログラム６３の各領域６３ａ〜６３ａｂと１対１に対応している。偏光ホログラム６３の各領域６３ａ〜６３ａｂからの出射光はそれぞれ対応する縦分割フォトディテクタ８１および横分割フォトディテクタ８２の分割線上に焦点を結ぶように設計されている。焦点位置に関するホログラム構成は、ＳＳＤ法で通常行われるようなフォトディテクタ面の法線方向に沿って前後に焦点位置を振り分ける構成ではなく、±１次光共にフォトディテクタ面が焦点位置となるような構成をとっている。但し、偏光ホログラム６３と青色レーザモジュール６０との相対位置誤差といった光学素子の調整誤差マージンを確保するために、焦点でのスポット径は５０〜１００μｍ程度と比較的大きな値をとっている。このことは各領域６３ａ〜６３ａｂが２８の領域に細かく分割されて、各領域の大きさが小さくなっており、各フォトディテクタ側から見たときのＮＡが小さくなっているため無理なく実現できる。このように構成した場合にも対物レンズのフォーカス誤差信号が作成できることは後に説明する。
【０２３５】
図のＬ、Ｒを左右方向、Ｕ、Ｄを上下方向とし、縦分割フォトディテクタ８１の各左分割部の出力をＬａ〜Ｌａｂ、各右分割部の出力をＲａ〜Ｒａｂとする。小文字のａ〜ａｂは偏光ホログラム６３の各領域６３ａ〜６３ａｂと対応したものである。同様に、横分割フォトディテクタ８２の各上分割部の出力をＵａ〜Ｕａｂ、各下分割部の出力をＤａ〜Ｄａｂとする。また、各フォトディテクタの分割部からの出力Ｌａ〜Ｌａｂ、Ｒａ〜Ｒａｂ、Ｕａ〜Ｕａｂ、Ｄａ〜Ｄａｂは図示しないプリアンプおよび演算回路により増幅、差分演算、加算演算がなされ、対物レンズ及び可変形ミラーの制御信号と記録信号が作成される。
【０２３６】
まず、対物レンズのトラッキング誤差信号ＴＥはプッシュプル法により偏光ホログラム６３における左右の光量差として作成される。この内容を数３３のように表す。ここでΣ（  ）は括弧内にある出力の総和を表す記号とする。
【０２３７】
【数３３】
0003657259.tif 000034
【０２３８】
次に、対物レンズのフォーカス誤差信号ＦＥの作成原理を図１１を用いて説明する。図１１は本発明の実施形態２におけるフォーカス誤差とフォトディテクタへの集光位置との関係を説明する原理説明図である。ここでは光ディスクのグルーブ溝による回折の影響等を無視して説明を簡略化するが、こうした条件があっても基本の考え方は同じである。また、これも簡単化のために１次元モデルで説明しているが、これを２次元モデルに拡張するのは容易である。
【０２３９】
図１１（ａ）は対物レンズが光ディスクから遠ざかる方向にフォーカス誤差を有する状態におけるフォトディテクタへの集光位置を示している。図の右側には光ビーム８３が平行光状態における波面を模式的に表している。フォーカス誤差が無い状態の波面Ｗ０は一点鎖線で示すように平面であるが、上記のようなフォーカス誤差がある状態の波面Ｗ１は、実線で示したような光軸について対称な凹曲面となる。この平行光の光ビーム８３が入射する偏光ホログラム６３の各領域を波線で模式的に示しているが、この各領域の中心と光軸との距離をＬとしている。距離Ｌは各領域毎に異なる予め決まった値であり、２次元モデルに拡張した場合は各領域の中心位置を表す座標となる。距離Ｌには正負の区別を設け、ここでは図のＡ方向を正とする。
【０２４０】
偏光ホログラム６３を通過した光ビーム８３は図示しない整形プリズム、コリメートレンズを通過した後に、分割フォトディテクタに集光される。この状態を図の左側に表している。分割フォトディテクタは縦分割フォトディテクタ８１についても横分割フォトディテクタ８２についても同じように扱うことができ、中央に分割線が覗く方向から見た図となっている。従って図１１（ａ）を縦方向から見た図とすれば、これは縦分割フォトディテクタ８１についての説明となっており、同図を横方向から見た図とすれば、これは横分割フォトディテクタ８２についての説明となっている。以降の説明では共通化して分割フォトディテクタと呼ぶ。フォーカス誤差が無い状態では、一点鎖線で示すように各分割フォトディテクタへの集光位置は分割線上に来るように調整されているが、フォーカス誤差がある状態での集光位置は実線で示すように分割線からずれる。この集光位置のずれεは各分割フォトディテクタについて個別に測定される。集光位置のずれεについてもやはり正負の区別を設け、ここでも図のＡ方向を正とする。集光位置のずれεの符号は、距離Ｌの符号と負の相関があるが、これは波面Ｗ１が凹曲面であることに起因する。
【０２４１】
図１１（ｂ）は対物レンズが光ディスクに近付く方向にフォーカス誤差を有する状態における分割フォトディテクタへの集光位置を示している。図の構成要素、記号の意味等は図１１（ａ）と同じである。図の右側において、こうしたフォーカス誤差がある状態の波面Ｗ２を実線で示すが、これは光軸について対称な凸曲面である。この状態での集光位置のずれεの符号は、距離Ｌの符号と正の相関があるが、これは波面Ｗ２が凸曲面であることに起因する。
【０２４２】
上記の関係をグラフにプロットすると図１１（ｃ）のような関係が得られる。横軸を距離Ｌ、縦軸を集光位置のずれεとし、プロットしたデータを結ぶ直線の平均傾きｋを求めている。波面Ｗ０に対応した状態、すなわちフォーカス誤差が無い状態では傾きが原理的には零であるが、実際には分割フォトディテクタの位置調整誤差などにより△印で示した初期ずれ値を有し、１点鎖線で示したような傾きｋ０を持つ。この値はオフセット値として予めＲＯＭに格納されており、傾きｋを算出する際の補正値として使用する。×印は、波面Ｗ１に対応した状態、すなわち対物レンズが光ディスクから遠ざかる方向にフォーカス誤差を有する状態でのプロットであり、２点鎖線で示したような負の傾きｋ１を有する。○印は、波面Ｗ２に対応した状態、すなわち対物レンズが光ディスクに近付く方向にフォーカス誤差を有する状態でのプロットであり、波線で示したような正の傾きｋ２を有する。このように、傾きｋ１、ｋ２は対物レンズが光ディスクに対して遠ざかるあるいは近付くことに伴うフォーカス誤差に対応した極性および大きさを持つため、傾きｋを利用してフォーカス誤差信号ＦＥを作成し、これがオフセット補正を行った状態で零になるように対物レンズを制御する。
【０２４３】
このときの集光位置のずれεの値を分割フォトディテクタの出力から求めるには、既に図６（ｂ）を用いて説明したように、分割フォトディテクタの光量差を光量和で割って規格化した出力を用いる。この出力が意味するものは、数２、数９〜数１１から判るように、ほぼ各領域内の局所的な波面の傾き、すなわち局所波面の１次の空間微分値となる。
【０２４４】
このようにフォーカス誤差信号を生成することにより、従来の方式と比較して以下の効果がある。従来のフォーカス誤差検出方法はナイフエッジ法、ＳＳＤ法、非点収差法などがあるが、いずれも基本的に復路光の全体波面を用いて、この全体波面の曲率の変化を基にしてフォーカス誤差を検出している。すなわち対物レンズが光ディスクに近付いたり遠ざかったりすることに伴い、全体波面の曲率が変化し焦点位置がフォトディテクタ面の前後に移動するが、この焦点位置の前後への移動を分割フォトディテクタの出力差として検出するために光学的な設計を工夫していた。ナイフエッジ法では分割線が光軸を通るように設けると共に光量を非対称にし、ＳＳＤ法では予め焦点位置をフォトディテクタ面の前後に振り分けると共に焦点位置を分割線の左右に振り分けており、非点収差法もレンズの方向によって焦点位置がフォトディテクタ面の前後に振り分けられている。
【０２４５】
しかしながら、偏光ホログラム６３の検出領域を多分割して各領域の面積を小さくするほど、波面の曲率の違いを検出する従来の方法では検出精度が低下してくる。これは曲率が波面の２次の空間微分値として与えられる値であることが原因で、こうした高次の変化は検出領域が狭くなるほど検出が困難となる。これに対して本実施形態の構成では、検出領域内での波面の傾き変化すなわち１次の空間微分値を検出して、これを合成してフォーカス誤差信号としているため、偏光ホログラム６３の検出領域を多分割して各領域の面積を小さくしてもフォーカス誤差の検出精度の低下を防止することができる。
【０２４６】
フォーカス誤差信号ＦＥが生成できる原理は以上であり、これを多少簡略化した式を数３４に示す。ここで各領域６３ａ〜６３ａｂ毎の左右の分割部の出力差Ｘ（＝Ｒ−Ｌ）、上下の分割部の出力差Ｙ（＝Ｕ−Ｄ）、全総和Ｓ（＝Ｒ＋Ｌ＋Ｕ＋Ｄ）、光軸中心と各領域中心との距離の絶対値Ｌの４つの記号を用いている。例えば、領域６３ａに対応するＸａ、Ｙａ、Ｓａは数３５〜数３７のように与えられる。
【０２４７】
【数３４】
0003657259.tif 000035
【０２４８】
【数３５】
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【０２４９】
【数３６】
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【０２５０】
【数３７】
0003657259.tif 000038
【０２５１】
図１０に戻って構成の説明を続ける。可変形ミラーを制御するための信号としては、上記の出力信号Ｘａ〜Ｘａｂ、Ｙａ〜Ｙａｂ、Ｓａ〜Ｓａｂをローパスフィルタによって処理した信号を用いる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、記録マークによる変調の影響を避けるため、記録マークの再生信号の帯域に比べて十分低い値に設定する。さらに、このカットオフ周波数を対物レンズの応答周波数よりも十分低い値に設定することが好ましい。このようにすることで、フォーカス誤差およびトラッキング誤差に伴う波面変化ノイズを平均化し、それらのノイズによる影響を大幅に低減することができるからである。以下の説明では、出力信号Ｘａ〜Ｘａｂ、Ｙａ〜Ｙａｂ、Ｓａ〜Ｓａｂは、いずれも、ローパスフィルタによる処理を施した後の信号を意味するものとする。
【０２５２】
本実施形態では、規格化出力Ｘａ／Ｓａ〜Ｘａｂ／Ｓａｂ、Ｙａ／Ｓａ〜Ｙａｂ／Ｓａｂを作成し、本発明の実施形態１で説明したような行列による状態方程式からサーボフィルターを求めて、これらの各出力Ｘａ／Ｓａ〜Ｘａｂ／Ｓａｂ、Ｙａ／Ｓａ〜Ｙａｂ／Ｓａｂが零になるように可変形ミラーを制御する。
【０２５３】
偏光ホログラム６３の外周部領域６３ｘｘは光源８０からの拡がり角にバラツキがあっても、開口を一定値に規定する役割を果たし、往路光における常光線を光路外に偏向して無効な迷光とし、透過した異常光線がディスクで反射して常光線の復路光として再入射した際には、縦分割フォトディテクタ８１および横分割フォトディテクタ８２に影響を与えない位置に偏向するようにホログラムのパターンが設計されている。
【０２５４】
再び図９を参照する。
【０２５５】
ＤＶＤレーザモジュール６９のフォトディテクタと偏光ホログラム７１の詳細構成は、ほぼ青色レーザモジュール６０と偏光ホログラム６３で説明した内容と同一である。両者の相違点は、赤色光ビームの光路が有限系で構成されていること、円形ビームに整形される以前の楕円ビームの状態で偏光ホログラム７１に入射すること、レーザ波長の違いがあること等に対応して、具体設計寸法が異なっている程度である。
【０２５６】
ＣＤレーザモジュール７３のフォトディテクタとガラスホログラム７４の構成も、やはり基本的にはほぼ上記と類似の内容である。上記構成との相違点は、補正精度があまり厳しくないことから波面位相検出のためのホログラムパターンの局所領域分割数を減らしていること、３ビームトラッキング検出との両立を図ることから、副ビームの出入射位置にあたる部分には波面位相検出のためのホログラムパターンを設けていないことがある。また、偏光ホログラムでないガラスホログラムであるため、偏光方向による挙動の違いはない。
【０２５７】
ＣＤレーザモジュール７３からの往路の入射光である赤外光ビームは、まずＣＤレーザモジュール７３に近い側の面においてトラッキング制御用の３ビームに分岐される。次に、他面でフォトディテクタへ偏向させるためのホログラムパターンによって１次光以上が光路外に偏向して無効な迷光となり、０次光のみが有効な赤外光ビームとして光ディスク６８で反射されて復路光となる。復路の光ビームは±１次光がＣＤレーザモジュール７３の各フォトディテクタに偏向される。復路の光ビームの０次光は半導体レーザーへの戻り光となるが、戻り光量が比較的多いこともあって、顕著なスクープ等の悪影響には至らない。
【０２５８】
以上のように構成された情報記録装置について、図１２を用いてその動作を説明する。図１２は本発明の実施形態２における情報記録装置のディスク種類別の光学系概要図である。図１２（ａ）は青色光記録ディスクの記録再生のための青色光学系、図１２（ｂ）はＤＶＤディスクの記録再生のための赤色光学系、図１２（ｃ）はＣＤディスク再生のための赤外光学系である。青色光学系は無限系、赤色光学系と赤外光学系とは有限系であり、特に赤外光学系はレンズ７５による結像点が対物レンズ６７の手前、すなわちレンズ７５と対物レンズ６７との間に存するように設けられている。
【０２５９】
各色の光学系は可変形ミラー８を動作させない状態、すなわち反射面が平坦な状態で設計上の波面収差が最小となるように設計されている。有限系の赤色光学系と赤外光学系とは、レンズシフトや面振れによるフォーカス位置変化といった理想設計状態からのずれに対して波面収差が発生しやすい条件になっているが、最悪のずれの状態においても少なくとも波面収差が可変形ミラー８の補正可能範囲を越えないように、可変形ミラー８のアクチュエータのストローク範囲が定められている。
【０２６０】
図示しないローディング機構によって光ディスク６８が挿入され、図示しないディスクモータに装着されると、まずＣＤレーザモジュール７３を発光させ、対物レンズ６７を下から上に移動させてフォーカス引き込み動作を行い、光ディスク６８がＣＤディスクか否かの判別動作を行う。光ディスク６８のコントロールトラックデータの読み込みができ、光ディスク６８がＣＤディスクと判断した場合は通常のＣＤの再生動作に移行する。これ以外の場合は、光ディスク６８はＣＤディスクではないと判断し、次にＤＶＤレーザモジュール６９を発光させ、フォーカス引き込み動作を行って、ＤＶＤディスクか否かの判別動作を行う。光ディスク６８がＤＶＤディスクの場合はＤＶＤの記録再生動作に移行するが、これ以外の場合は光ディスク６８が青色光記録ディスクであると判断して青色レーザモジュール６０を発光させ、フォーカスを引き込んで青色光記録ディスクの記録再生動作に移行する。
【０２６１】
このようにＣＤレーザモジュール７３、ＤＶＤレーザモジュール６９、青色レーザモジュール６０の順番に発光させてディスクを判別することにより、フォーカス引き込み動作の際に対物レンズ６７が光ディスク６８に衝突することを確実に防止することができる。
【０２６２】
より一般的には、対物レンズ６７出射側の開口数ＮＡが小さい光学系を優先的に用いてディスク判別を行う。本構成では赤外光学系のＮＡ＝０．４５、赤色光学系のＮＡ＝０．６、青色光学系のＮＡ＝０．８５の順でディスク判別を行っている。対物レンズ６７が光ディスク６８に衝突することを防止する目的において、上記の動作は、以下に述べる条件が成立する場合に特に有効である。まず、数３８で与えられる衝突焦点距離ｆについて説明する。衝突焦点距離ｆは、対物レンズ６７が光ディスク６８表面に衝突したときのディスク表面から焦点までの距離として定義したものである。
【０２６３】
【数３８】
0003657259.tif 000039
【０２６４】
ここで、ｎはディスク基材の屈折率であり、例えばポリカーボネート樹脂では代表値１．５５として与えられる。また、ｒは対物レンズ６７の頂上すなわち光ディスク６８と最も近接した位置における瞳半径であり、光学系の設計で決定される値である。本構成では赤外光学系がｒ＝０．５７ｍｍ、ｆ＝１．９ｍｍ、赤色光学系がｒ＝０．６３ｍｍ、ｆ＝１．５ｍｍ、青色光学系がｒ＝０．７３ｍｍ、ｆ＝１．１ｍｍとなるように設けられている。
【０２６５】
光ディスク６８のディスク基材厚ｔが衝突焦点距離ｆよりも大きい組み合わせでは、ディスク記録面の検出が出来ず、フォーカス引き込み動作時に対物レンズ６７は光ディスク６８表面に衝突する。例えば、ＣＤディスク（ディスク基材厚ｔ＝１．２ｍｍ）を青色光学系を用いてディスク判別すると、衝突焦点距離ｆ＝１．１ｍｍよりも大きく、対物レンズ６７の衝突が発生する。従って、受け入れ可能な光ディスク６８のうちで最大のディスク基材厚ｔをｔmaxとし、各光学系のうちで最小の衝突焦点距離ｆをｆminとしたときに、数３９の条件が成立する場合には、対物レンズ６７出射側の開口数ＮＡが小さい光学系を優先的に用いてディスク判別を行い、こうした光ディスクと光学系との組み合わせが発生することを確実に排除しておく。これにより、フォーカス引き込み動作の際に対物レンズ６７が光ディスク６８に衝突することを確実に防止することができる。
【０２６６】
【数３９】
0003657259.tif 000040
【０２６７】
光ディスク６８の種類の判別が完了すると、情報記録装置は判別結果に応じたレーザモジュールを駆動する。これ以降の動作については、構成で説明した内容と実施形態１の動作で説明した内容に準じたものとしている。
【０２６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、複数の波長を持つ光源から出射される往路光を、波面検出を行いながら可変形ミラー８で波面を補正し、共通の対物レンズ６７を使って記録再生を行うために、簡単な構成で複数種の光ディスク６８の互換を精度良く行うことができる。しかも、波長の違いによる色収差、光ディスク６８の基材厚の違いに伴う球面収差などの様々な波面収差について、予め光学系設計で所定の範囲内に収めていれば残りの収差は波面補正で除去することが可能であり、収差設計のマージンを大幅に拡げることができる。
【０２６９】
また、ＣＤディスクのための赤外光学系を対物レンズの手前に結像点を有する有限光学系としたために、ＮＡが０．８５と極端に大きい対物レンズ６７を用いてＮＡ＝０．４５相当のＣＤディスクの再生を可能としている。また、偏光ホログラム６３が領域６３ａ〜６３ａｂ毎に異なる２方向に復路光を偏向し、それぞれに分割線の向きが異なる縦分割フォトディテクタ８１と横分割フォトディテクタ８２を配して受光しているために、回折光を有効に利用でき、ディテクタ位置調整が容易で、かつディテクタからの出力の配線密度が小さく配線設計が容易な２方向の波面成分の検出を行うことができる。
【０２７０】
また、光ディスク６８のグルーブ溝による干渉条件に応じて復路光を複数の領域６３ａ〜６３ａｂに分割し、同一の領域内では干渉条件をほぼ同一にしているため、グルーブ溝による干渉で複雑な光強度パターンを持つ復路光に対しても精度良く波面検出を行うことができる。
【０２７１】
また、検出領域内での波面の傾き変化すなわち１次の空間微分値を検出して、これを合成してフォーカス誤差信号としているため、偏光ホログラム６３の検出領域を多分割して各領域の面積を小さくしてもフォーカス誤差の検出精度の低下を防止することができる。また、光ディスク６８の判別部が、ＣＤディスク、ＤＶＤディスク、青色光記録ディスクの順にディスク判別動作を行うことによって、フォーカス引き込み動作の際に対物レンズ６７が光ディスク６８に衝突することを防止することができる。
【０２７２】
（実施形態３）
図１３を参照しながら、本発明による可変形ミラーの他の実施形態を説明する。図１３は、本実施形態の概略構成を示している。なお、図１３において、第１の実施形態と共通する部材については、図３における参照符号と同一の参照符号を与えている。
【０２７３】
基板２１は、Ｓｉ材料で形成され、その熱膨張係数が２．８〜７．３×１０-6である。反射膜８３は、基板２１よりも熱膨張係数が大きい金属材料をスパッタ蒸着して形成している。反射膜８３の材料がＡｌ材料の場合は、その熱膨張係数は２３．６×１０-6程度である。
【０２７４】
反射膜８３は、４５０℃程度の高温状態で形成され、しかも周縁８４において基板２１と結合しているために、実際に使用される温度条件８０℃以下においては、熱膨張係数の差によって反射膜８３の方が基板２１よりも大きく縮もうとして張力方向の内部応力が生じている。これによって常に確実に反射膜８３には張力が働く状態になり、ＣＭＰによって平坦化された反射面８５ａの平面精度を維持することができる。
【０２７５】
アクチュエータ３３と反射膜８３とを結合する結合突起８３ｂはＡｌ材料で反射膜８３と一体に形成され、ヨーク２８と反射膜８３との電気的な導通をとっている。さらに反射膜８３は同じＡｌ材料の周縁８４に結合され、絶縁層２４に設けられたビア８５を介して基板２１の配線層２３に導通しており、ここから接地電位におとされている。このように反射膜８３と結合突起８３ａを一体に導電材料で形成し、導電性のヨーク２８と結合させたことによって、ヨーク２８への配線経路を簡素化するとともに配線抵抗を大幅に低減させることができる。また、アクチュエータ３３から反射膜８３までが全て単一の材料で形成されるため、製造プロセスが簡素化し、生産性を向上させることができる。
【０２７６】
（実施形態４）
図１４を参照しながら、本発明による可変形ミラーの他の実施形態を説明する。図１４（ａ）は、可変形ミラーの概略断面を示し、図１４（ｂ）はアクチュエータ９４と反射鏡９３の分解斜視図を示している。
【０２７７】
図１４（ａ）において、基板８６、配線層８７、絶縁層８８、ビア８９、８９'、８９''は実施形態１における基板２１、配線層２３、絶縁層２４、ビア２５、２５'、２５''とほぼ同様の構成を有しているが、配置位置等が異なる。
【０２７８】
本実施形態の構成が実施形態１の構成と異なる主要な点は、反射鏡９３を互いに分離した複数の微小鏡とし、各反射鏡９３毎にアクチュエータ９４に結合させた点である。
【０２７９】
図１４（ｂ）に示すように、本実施形態におけるベース９５は、長さＬａ、幅Ｗａの概矩形形状を有している。ＬａおよびＷａは、１つのアクチュエータ９４が占める単位セルの寸法を規定する。このような単位セルは、隙間無くアクチュエータ９４が敷き詰められた場合における各アクチュエータの占有領域に対応し、実際のヨーク９１等の寸法とは一致していない。以降、アクチュエータ９４の長さＬａおよび幅Ｗａを、この意味で用いる。
【０２８０】
本実施形態では、長さＬａを幅Ｗａよりも大きく設定しているため、アクチュエータ９４の長手方向は回動軸Ａと直交する。ベース９５には、支持ポスト取付部９５ａとヨーク当接部９５ｂ、９５ｂ'とが設けられている。これらの働きは実施形態１について説明した働きと同様である。
【０２８１】
ヨーク９１はヒンジ部９１ｂを介して支持ポスト９０と接続しており、ヒンジ部９１ｂのねじり変形によって回動軸Ａを中心に回動可能である。
【０２８２】
各反射鏡９３は独立に動作する。この反射鏡９３の変形による負荷がない分、ヒンジ部９１ｂの剛性は実施形態１のものよりも高く設けることが可能である。ヨーク９１は、回動軸Ａをはさんで左右に振り分けられた第１の部分９１ａと第２の部分９１ａ'とを有して、第１の部分９１ａは間隙をおいて第１の固定電極９２に対向する位置にあり、第２の部分９１ａ'は間隙をおいて第２の固定電極９２'に対向する位置にある。また、ヨーク９１は一点鎖線で示すヨーク遊端９１ｃにおいて結合突起９３ｂと結合する。ヨーク遊端９１ｃはヨーク９１の第１の部分９１ａの領域内にあり、回動軸Ａから所定の距離だけ離れた位置にある。実施形態１で述べたのと同様に、この距離はアクチュエータ毎に異ならせることもできる。ヨーク９１、支持ポスト９０、ベース９５はいずれもＡｌ材料で形成され、電位は全て同一である。
【０２８３】
反射鏡９３は、アクチュエータ９４とは長手方向が異なり、幅Ｗｍを長さＬｍよりも大きくして回動軸Ａ方向を長手方向とした概矩形形状を有している。反射鏡９３もやはりＡｌ材料で形成され、表面に反射面９３ａを備えた実質的な剛体である。結合突起９３ｂは反射鏡９３と同一のＡｌスパッタ蒸着プロセスの中で形成されている。第１の固定電極９２とヨーク２８との間、あるいは第２の固定電極９２'とヨーク２８との間に電位差を与えると、静電力によってヨーク２８は回動軸Ａを中心に時計方向ＣＷ、あるいは反時計方向ＣＣＷに回動し、結合突起９３ｂを介してヨーク９１に結合された反射鏡９３は、図示しない基板に近接する下方向と基板から離間する上方向の双方向に変位する。
【０２８４】
この際、反射鏡９３は純粋に上下方向にのみ動く訳ではなく、ヨーク９１が傾く角度と同じだけ傾くが、アクチュエータ９４の形状を回動軸Ａと直交する方向を長手方向にとり、反射鏡９３の形状を回動軸Ａの方向を長手方向にとっているために、変位量に対する傾き角を極力小さく抑えることができる。また、反射鏡９３の面積Ｌｍ×Ｗａはアクチュエータの面積Ｌａ×Ｗａの９０％以上に大きくとり、反射光量の低下を防止している。従って、反射鏡の幅Ｗｍはアクチュエータの幅Ｗａよりも大きく、反射鏡９３の投影寸法はアクチュエータ９４の寸法から一部がはみ出すように設けられている。こうした構成によっても複数のアクチュエータ９４を配列したときに、反射鏡９３同士がオーバーラップしないような配置構成がとられる。この配置の様子を図１５を用いて説明する。
【０２８５】
図１５は本発明の実施形態４におけるアクチュエータ９４と反射鏡９３の配置図である。図では境界を判りやすくするため、ベース９５が隣のベース９５と大きく離れているように描いてあるが、実際にはこの隙間は極めて小さいか、もしくは零である。
【０２８６】
アクチュエータ９４は回動軸Ａと直交する方向に隣り合うもの同士は互いにずらさずに配置し、回動軸Ａ方向に隣り合うもの同士はｐ＝Ｌａ／ｋだけずらした位置に配置する。ここでｋは１よりも大きな数とし、図においてはｋ＝２である。反射鏡９３の長さＬｍおよび幅Ｗｍは数４０、数４１を満たすように決められる。
【０２８７】
【数４０】
0003657259.tif 000041
【０２８８】
【数４１】
0003657259.tif 000042
【０２８９】
これらの条件を満たすように、反射鏡９３の長さＬｍおよび幅Ｗｍを設けたことにより、反射鏡９３同士の干渉と上下方向の変位に伴う傾きを抑え、かつ反射効率の向上を図ることができる。
【０２９０】
以上のように、本実施形態では反射鏡９３を互いに分離した複数の微小鏡とし、各反射鏡９３毎にアクチュエータ９４に結合させているため、反射鏡９３の変位を各アクチュエータ９４毎に完全に独立して制御できるため制御操作が簡単になると共に、応答性を向上させることができる。
【０２９１】
（実施形態５）
図１６（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明の実施形態５における可変形ミラーを説明する。図１６（ａ）は可変形ミラーの概略断面図、図１６（ｂ）はアクチュエータ１０４と反射鏡１０５の分解斜視図である。本構成が、実施形態４と特に異なる点は、反射鏡１０５が、一対のヨーク１０１、１０２を含むアクチュエータ１０４と結合突起１０５ａ、１０５ｂの２点において結合し、平行な上下移動（ストローク動作）が可能である点である。
【０２９２】
図１６において、支持ポスト１００、１１０、ヨーク１０１、１０２、第１の固定電極１０６、１０７、第２の固定電極１０６’、１０７’、ベース１１５、基板１１６、配線層１１７、絶縁層１１８、ビア１１９、１１９’、１１９’’の詳細は実施形態４で説明したものとほぼ同様である。
【０２９３】
ヨーク１０１の第１および第２の部分１０１ａ、１０１ａ’と対向する位置には第１および第２の固定電極１０６、１０６’を配置し、もう一方のヨーク１０２の第１及び第２の部分１０２ａ、１０２ａ’と対向する位置には第１および第２の固定電極１０７、１０７’を配置している。第１の固定電極１０６と１０７とは電気的に接続されて等電位となるように設けられ、同様に第２の固定電極１０６’と１０７’とは電気的に接続されて等電位となるように設けられている。
【０２９４】
反射鏡１０５は結合突起１０５ａを介してヨーク１０１の第１の部分１０１ａと結合し、さらに結合突起１０５ｂを介してヨーク１０２の第１の部分１０２ａと結合している。
【０２９５】
反射鏡１０５の剛性は、結合突起１０５ａ、１０５ｂの剛性よりも十分に大きくなるように形状寸法が決められている。
【０２９６】
図１６（ａ）において、第２の固定電極１０６’、１０７’に駆動回路２２から駆動電圧を与えたときの反射鏡１０５の状態を左側に示している。固定電極１０６’、１０７’に駆動電圧を与えるとヨーク１０１の第２の部分１０１ａ’とヨーク１０２の第２の部分１０２ａ’とが固定電極側に吸引され、反射鏡１０５は平行状態を保ったまま基板１１６から離間する方向に移動する。
【０２９７】
また逆に、第１の固定電極１０６、１０７に駆動回路２２から駆動電圧を与えたときの反射鏡１０５の状態を右側に示している。固定電極１０６、１０７に駆動電圧を与えるとヨーク１０１の第１の部分１０１ａとヨーク１０２の第１の部分１０２ａとが固定電極側に吸引され、反射鏡１０５は平行状態を保ったまま基板１１６に近接する方向に移動する。
【０２９８】
以上のように、本実施形態では反射鏡１０５の平行を保持したまま、基板垂直方向への移動が可能であり、反射鏡１０５の傾きに伴う悪影響を回避することができる。
【０２９９】
なお、本実施形態では第１の固定電極１０６と１０７とを等電位とし、第２の固定電極１０６’と１０７’とを等電位として、反射鏡１０５を平行移動させる構成について説明したが、各固定電極１０６、１０６’、１０７、１０７’への駆動電圧をそれぞれ個別の値に設定すれば、２次元的な傾きを与えることもできる。
【０３００】
（実施形態６）
以下、図１７を参照しながら、本発明による補償光学装置の実施形態を説明する。
【０３０１】
図１７に示すように、本実施形態では、シリコン等の半導体基板２０１上に可変形ミラー２０２、ホログラム２０３、光検出器２０４が集積されている。また、半導体基板２０１には、光検出器２０４の出力信号の増幅と演算処理や可変形ミラー２０２の駆動に係わる回路が集積されている。
【０３０２】
更に、半導体基板２０１の上には平板ガラス２０５が載置され、平板ガラス２０５の上面の一部分には反射防止膜２０５ａが形成され、他の部分にはＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するように設けた偏光スプリッタ膜５ｂが形成されている。
【０３０３】
入射光２０６は波面が未補正の状態にあり、反射防止膜２０５ａを通じて平板ガラス２０５に入射し、可変形ミラー２０２で反射されて波面が補正される。この反射光のうちのＰ偏光は偏光スプリッタ膜２０５ｂを通じて外部に出射される出射光２０７となる。また、反射光のうちのＳ偏光は偏光スプリッタ膜２０５ｂに反射されて再度半導体基板２０１に向かい、ホログラム２０３に入射する。ホログラム２０３はこのＳ偏光の光ビームを複数の検出領域に分割して、それぞれの検出領域毎に異なる集光点に偏向させるものである。ホログラム２０３で偏向された各検出領域の光ビームは、再度偏光スプリッタ膜２０５ｂで反射され、半導体基板２０１上で合焦する。この各焦点には４分割された光検出器２０４が設けられ、各分割部の出力信号を比較することにより焦点の位置の変化が検出できるように設けられている。この光検出器２０４の出力信号は、半導体基板２０１上に設けられた図示しない波面再構成部によって、入射光２０６の波面が演算再構成され、これに基づいて可変形ミラー２０２の制御を行う。２０８は半導体基板２０１をパッケージングする際にリードとワイヤーボンディングされるポストである。
【０３０４】
可変形ミラー２０２の構成を図１８、図１９を用いて説明する。図１８は本実施形態における可変形ミラー２０２の拡大分解斜視図である。図１８において、ベース２１０は半導体基板２０１の絶縁層（不図示）上に形成され、第１および第２の電極２１１、２１１'と同一のＡｌ層からエッチング形成されている。支持ポスト２１２は支持ポスト取付部２１０ａにおいてベース２１０に取り付けられ、一対のヒンジ２１３を介してヨーク２１４を支持している。支持ポスト２１２、ヒンジ２１３、ヨーク２１４も同一のＡｌ層からエッチング形成されており、ベース２１０とヨーク２１４とは等電位にある。ヨーク２１４は１μｍ厚の平板形状で、数μｍの隙間をもって第１の電極２１１および第２の電極２１１'と対向しており、一方の電極とベース２１０との間で電位差を与えた場合には、ヨーク２１４は静電力によって時計方向あるいは反時計方向に回動するように設けられている。ヨーク２１４の遊端２１４ａには結合突起２１５ａを介して反射鏡２１５が取り付けられている。
【０３０５】
反射鏡２１５は多結晶シリコンで構成され、上面は平坦な反射面となっている。２１５ｂは反射鏡１５を貫通する穴、２１５ｃは穴２１５ｂによって概正方形状に区切られた反射鏡主部、２１５ｄは反射鏡主部２１５ｃを四隅で連結する連結部である。反射鏡主部２１５ｃと連結部２１５ｄの膜厚はそれぞれ１μｍと０．２μｍとし、反射鏡主部２１５ｃの膜厚は連結部２１５ｄの膜厚よりも厚く設けている。これによって各反射鏡主部２１５ｃ内の剛性を高め、膜残留応力により不要な変形が発生し鏡面精度が劣化することを防止すると共に、連結部２１５ｄの柔軟性を利用して駆動感度を向上させている。
【０３０６】
結合突起２１５ａによる結合部を除いては、ヨーク２１４と反射鏡２１５との間は数μｍの間隙が設けられている。この間隙およびヨーク２１４と第１および第２の電極２１１、２１１'との間の間隙は、予め間隙にあたる部分に有機材料からなる犠牲層を形成した後に、これを最後にプラズマエッチングで除去することにより設けられる。ここで、反射鏡２１５は、この犠牲層を除去する前に反射面をＣＭＰ処理により平坦化している。第１の電極２１１とヨーク２１４との間に電位差を与えると、ヨーク２１４は反時計方向に回動し、反射鏡２１５は上側、即ち半導体基板２０１から離間する方向に駆動される。第２の電極２１１'とヨーク２１４との間に電位差を与えると、ヨーク２１４は時計方向に回動し、反射鏡２１５は下側、即ち半導体基板に近接する方向に駆動される。こうした構成により、可変形ミラー２０２は各ヨーク２１４に対応する第１の電極２１１および第２電極２１１'に印加する駆動電圧によって反射鏡２１５を自在の形状に制御している。
【０３０７】
次に、可変形ミラー２０２の駆動回路構成を図１９を用いて説明する。図１９は本実施形態における可変形ミラー２０２の概略構成図である。
【０３０８】
可変形ミラーの駆動回路２２０は、半導体基板１上に形成されたＣＭＯＳから構成されている。図１９において、駆動回路２２０は、後述するブロック構成のみが示されており、ｎ、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴの断面の詳細は省略されている。最上層のＡｌ配線層２１７については、模式的に図示している。このＡｌ配線層２１７の上には、ＳｉＯ2系の絶縁層１８が設けられており、絶縁層２１８の上面はＣＭＰにより平坦化されている。絶縁層２１８には配線層２１７の必要部分との電気的なコンタクトを得るためのビア２１９、２１９'、２１９''が形成されている。
【０３０９】
ヨーク２１４は、支持ポスト２１２およびビア２１９を介して配線層２１７に接続し、常に接地電位（以下この電位をＬとする。）に保たれている。第１および第２の電極２１１、２１１'はそれぞれビア２１９'、２１９''によって配線層２１７に接続し、電位Ｖ１、Ｖ２に制御される。Ｖ１、Ｖ２は駆動回路２２０によって接地電位Ｌと高電位（ここでは５Ｖ。以下、この電位をＨとする。）とに切替えられる。Ｖ１とＶ２はどちらか一方のみがＨに制御され、Ｈ状態にある電極側にヨーク２１４が静電力により吸引されることにより、ヨーク２１４は時計方向あるいは反時計方向に回動力を発生する。回動力の大きさはＨ状態の保持時間をｋビット（２k段階）制御することで調節可能である。回動力を発生させない場合には、Ｖ１、Ｖ２共にＬ電位に設定される。支持ポスト２１２に支持されたヨーク２１４、第１および第２の電極２１１、２１１'の１揃いを以降アクチュエータと呼ぶ。
【０３１０】
駆動回路２２０はアクチュエータの各電極のアドレスＡｉｎと駆動力を表す制御データＤｉｎとを入力して、各電極への出力電圧Ｖ１〜Ｖ２ｎのＨ／Ｌの時間制御を行うものである。駆動回路２２０は、メモリ２２１、アドレスカウンタ２２２、カウンタ２２３、コンパレータ２２４、シフトレジスタ２２５、ラッチ２２６から構成されている。アドレスＡｉｎはｍビット、制御データＤｉｎはｋビット、アクチュエータ数はｎ、電極数は２ｎとする。
【０３１１】
メモリ２２１は各アドレスＡｉｎに対応する制御データＤｉｎを記憶するメモリである。アドレスカウンタ２２２はメモリ２２１にｍビットのアドレスを与え、２ｎ個の制御データをシリアルに送出させる。アドレスカウンタ２２２は、初期化（ｃｌｒ）信号でリセットされ、クロック（ｃｌｋ）信号によりカウントアップされる。カウンタ２２３は初期化（ｃｌｒ）信号でリセットされ、２ｎ個の制御データを読み出した後ストローブ（ｓｔｂ）信号によりカウントアップするｋビットのインクリメンタルカウンタである。
【０３１２】
コンパレータ２２４はカウンタ２２３の出力とメモリ２２１のｋビットデータとを比較し、シフトレジスタ２２５に１ビットのシリアルデータを送出する。メモリ２２１のデータがカウンタ２２３の出力よりも大きければ１（Ｈ）、それ以外は０（Ｌ）を出力する。シフトレジスタ２２５はｃｌｋ信号に応じて動作する２ｎビットのシフトレジスタで、ラッチ２６はｓｔｂ信号に応じてシフトレジスタ２２５の値をラッチする２ｎビットのラッチである。
【０３１３】
この駆動回路２２０の動作を説明する。メモリ２２１に書き込まれているｋビットの制御データは、アドレスカウンタ２２２により与えられるｍビットのアドレスにより２ｎ個連続で読み出される。アドレスカウンタ２２が一巡し、メモリ２２１の制御データが全て読み出されると、ｓｔｂ信号によりシフトレジスタ２２５に貯えられたデータをラッチ２２６に記憶すると同時にカウンタ２２３の出力をカウントアップし、再度メモリ２２１の内容を最初から読み出す。この周期をＴとすると、これがアクチュエータへの通電時間の最小単位となる。この周期Ｔをカウンタ２２３の段数で決まる２k回繰り返して通電時間制御を行う訳である。その時、メモリ２２１からは毎周期同じ制御データが読み出されるが、１周期毎にカウンタ２２３の値が増加していくので、コンパレータ２２４の出力は、メモリ２２１の出力がカウンタ２２３の値以下になったものから０になっていく。従って、ラッチ２２６の出力は入力された制御データＤｉｎに比例して、最小分解能Ｔで全アクチュエータの固定電極への通電時間を並行して制御できるものになっている。
【０３１４】
次に、ホログラム２０３の構成を図２０を用いて説明する。図２０は本発明の実施形態１におけるホログラムの概略構成図である。図２０（ａ）にはホログラム３の平面図を示している。ホログラム３は領域３ａ〜３ｓの１９個の検出領域に分割され、それぞれの検出領域には入射した光ビームをある所定の集光点に偏向させるためのホログラムパターンが形成されている。検出領域が異なるとその集光点も異なるが、全ての集光点は図示しない平板ガラス上の偏光スプリッタ膜で反射された場合に半導体基板表面上に位置するように設計されている。ホログラムパターンは入射光である平面波と出射光である球面波との干渉パターンとしてコンピュータで計算させたゾーンプレートをマスク像とし、フォトリソグラフィによって半導体基板１上に転写形成している。なお、各検出領域からの高次光が他の検出領域の集光点と実質的に重ならないように集光点は設計配置されている。
【０３１５】
図２０（ｂ）にホログラム２０３の拡大断面図を示す。ホログラムパターン層２２８は、ＳｉＯ2系の絶縁層２１８の上に形成されている。絶縁層２１８は半導体基板２０１上に形成された制御回路等の回路形成層２２７の上に設けられたもので、図１９で説明したように上面がＣＭＰにより平坦化されている。ホログラムパターン層２２８は検出波長の１／４波長程度の厚さに成長させた多結晶シリコン膜を、計算機ホログラムで発生させた干渉パターンをマスク形状とし、フォトリソグラフィによって選択エッチングしたものである。エッチングは塩素ガスを使用したマグネトロンＲＩＥで行い、ＳｉＯ2絶縁層２１８に対する高選択比を得ている。ホログラムパターン層２２８を形成した後には、反射率を高めるためにＡｌ等の薄膜を反射膜２２９としてスパッタ形成している。
【０３１６】
次に、光検出器２０４の構成を図２１を用いて説明する。図２１は本実施形態における光検出器２０４の概略構成図である。光検出器２０４は、図２１（ａ）に示すように、ホログラムの集光点に対応する位置に１９個の４分割フォトダイオード２０４ａ〜２０４ｓを配置している。この各４分割フォトダイオード２０４ａ〜２０４ｓの出力から集光点の位置のずれを検出して、入射光の局所的な波面の変化を検出する。４分割フォトダイオード２０４ａを例にとり、図２１（ｂ）を用いて出力信号を生成するための構成を説明する。図２１（ｂ）は４分割フォトダイオード２０４ａとプリアンプ２３１ａの構成図である。図において、４分割フォトダイオード２０４ａは水平方向に延びた分割線と垂直方向に延びた分割線とにより領域２０４ａａ〜２０４ａｄに分割されている。プリアンプ２３１ａは前段の４つのプリアンプ２３１ａａ〜２３１ａｄと、後段の２つの差動アンプ２３１ａｅ、２３１ａｆおよび１つのアンプ２３１ａｇの計７つのアンプ群からなる。
【０３１７】
領域２０４ａａの出力はプリアンプ２３１ａａ、２３１ａｃに、領域４ａｂの出力はプリアンプ２３１ａｃ、２３１ａｄに、領域４ａｃの出力はプリアンプ２３１ａｂ、２３１ａｄに、領域４ａｄの出力はプリアンプ２３１ａａ、２３１ａｂにそれぞれ入力され増幅、加算される。プリアンプ２３１ａａの出力は差動アンプ２３１ａｅの＋側とアンプ２３１ａｇとに、プリアンプ２３１ａｂの出力は差動アンプ２３１ａｆの＋側に、プリアンプ２３１ａｃの出力は差動アンプ２３１ａｆの−側に、プリアンプ２３１ａｄの出力は差動アンプ２３１ａｅの−側とアンプ２３１ａｇとにそれぞれ入力される。これにより、差動アンプ２３１ａｅは出力Ｙａｙ、差動アンプ２３１ａｆは出力Ｙａｘ、アンプ２３１ａｇは出力Ｓａをそれぞれ出力する。
【０３１８】
ここで出力Ｙａｙは、集光点の垂直方向への変位に関わる信号であり、簡単な表現として（２０４ａａ＋２０４ａｄ）−（２０４ａｂ＋２０４ａｃ）と記載する。また出力Ｙａｘは、集光点の水平方向への変位に関わる信号であり、これも簡単な表現として（２０４ａｃ＋２０４ａｄ）−（２０４ａａ＋２０４ａｂ）と記載する。また出力Ｓａは、４領域の光量の総和を示す信号であり、（２０４ａａ＋２０４ａｂ＋２０４ａｃ＋２０４ａｄ）と記載する。図示しないが、全ての４分割フォトダイオード２０４ａ〜２０４ｓに対してプリアンプ２３１ａ〜２３１ｓを設け、それぞれの入出力の関係は上述した２０４ａと２３１ａとの関係と同様に設定する。これにより、プリアンプ２３１は差信号Ｙａｘ〜Ｙｓｘ、Ｙａｙ〜Ｙｓｙと和信号Ｓａ〜Ｓｓを出力する。差信号Ｙａｘ〜Ｙｓｘ、Ｙａｙ〜Ｙｓｙおよび和信号Ｓａ〜Ｓｓは図示しない規格化部により規格化出力Ｙａｘ／Ｓａ〜Ｙｓｘ／Ｓｓ、Ｙａｙ／Ｓａ〜Ｙｓｙ／Ｓｓに変換される。これらの３８個の信号を光検出器４の出力ベクトルｙとする。
【０３１９】
フォトダイオードの拡大断面図を図２１（ｃ）に示す。半導体基板２０１上にはプリアンプ２３１を含む回路形成層２３２が形成され、この上に絶縁層２１８が形成されている。この上には電極となるＡｌ配線層２３３が形成され、さらにｎ型にドープされたシリコン層であるｎ領域２３４、高抵抗の真性半導体層となるｉ領域２３５、ｐ型にドープされたシリコン層であるｐ領域２３６を成長してｐｉｎ構造を形成する。最後にｐ領域２３６への電極となるＡｌ配線層２３７をスパッタ形成し、フォトダイオードを構成する。配線層２３３および配線層２３７にはそれぞれ回路形成層２３２との電気的なコンタクトを得るためのビア２３９、２３９'を形成している。こうして回路形成層２３２から配線層２３３と配線層２３７との間で逆バイアス電圧を与えると開口部２３８からの入射光量に応じた出力信号が得られる。
【０３２０】
次に、図２２を用いて半導体基板２０１上に構成された制御部の説明を行う。図２２は本実施形態における制御部の概略構成図である。本実施形態における制御部２４０は、目標設定部２４１、定常偏差制御部２４２、安定化補償部２４３、ｆ／ｕ変換部２４６を備えており、光検出器２０４の出力ベクトルｙの入力を受けて、アクチュエータの通電時間デューティーベクトルｕを出力する。
【０３２１】
目標設定部２４１は光検出器２０４の出力ベクトルｙの目標となる目標ベクトルｙｒを設定する。入射光の波面を外乱によらず一定に制御する目的では目標ベクトルｙｒは所定の固定ベクトルに設定する。この固定ベクトルは理想状態を想定して零ベクトルを設定しても良いが、予め校正して得られたベクトル値をメモリに格納し、この値を読み出して用いても良い。あるいは複数のベクトル値を予めメモリに格納し、環境温度変化あるいは入射光の対応波長の切り替えといった使用条件の変化に応じて、目標ベクトル値を使い分けることも可能である。そして、走査などのために入射光の波面を積極的に変化させる目的では、目標ベクトルｙｒを時間変化させれば良い。
【０３２２】
定常偏差制御部２４２は、誤差信号ｙｒ−ｙに定常偏差なく追従するために必要な型数ｐを実現するために、ｐ個の積分器を直列に結合し、各積分器の出力にゲイン行列Ｋ１〜Ｋｐを乗じて加算した積分補償器である。型数ｐおよびゲイン行列Ｋ１〜Ｋｐの値は応答すべきベクトルｙの関数の次数と後述する行列関数Ａ、Ｂ、Ｃとの関係から設計的に求められ、予め決められた関数として設定されている。
【０３２３】
安定化補償部２４３は閉ループシステムを漸近安定にするための微分補償器で、ここではオブザーバ２４４とレギュレータ２４５とで構成している。オブザーバ４４は、光検出器２０４の出力ベクトルｙと、アクチュエータの駆動力ベクトルｆとを入力し、状態ベクトルｘの推定値ベクトルｘ'を出力する最小次元オブザーバである。レギュレータ４５はフィードバックゲイン行列Ｆにより、状態の推定値ベクトルｘ'を入力して線形演算した結果を出力する。行列Ｆには、閉ループシステムの極が複素左平面の適切な位置に配置されて漸近安定となるように、予め設計的に求められた値が設定されている。レギュレータ２４５の出力が定常偏差補償部２４２の出力と加算されたものがアクチュエータの駆動力ベクトルｆである。
【０３２４】
ｆ／ｕ変換部２４６は、アクチュエータの駆動力ベクトルｆを通電時間デューティーベクトルｕに変換する非線形変換部である。通電時間デューティとはアクチュエータへの通電時間を制御周期時間で割ったものであり、これが実際の制御における操作量となる。ｆ／ｕ変換部２４６には駆動力ベクトルｆと状態の推定値ベクトルｘ'とが入力され、全てのアクチュエータについて、数１に従い駆動力Ｆと変位Ｚの推定値とから通電時間デューティＵが逆算される。ここで、α、βは定数、Ｖは駆動電圧である。より詳しくは、ｆ／ｕ変換部２４６は、各アクチュエータについて２つある電極のいずれを選択するかの選択回路と、予めメモリに非線形関数として定められた値が格納された変換テーブルを持つ。そしてまず駆動力Ｆの正負の符号に応じて駆動すべき電極が選択され、次に変換テーブルにＺとＦとをアドレスとして入力すると通電時間デューティーが得られるように構成されている。これを全てのアクチュエータについて行い、通電時間デューティーベクトルｕを得る。
【０３２５】
【数４２】
0003657259.tif 000043
【０３２６】
このように構成された制御部２４０は、可変形ミラー２０２と光検出器２０４との制御対象との間で閉ループシステムを構成する。制御部２４０の出力である通電時間デューティーベクトルｕは可変形ミラー２０２に入力され、アクチュエータが駆動力ｆを発生して反射鏡２１５の状態ｘが変化し、これにより反射された光ビームの波面位相が変化する。この反射鏡２１５による波面変化と外乱ｄによる波面変化の和が観測され、光検出器２０４の出力ベクトルｙとして制御部２４０の入力となる。ここで図中で記載されたＡ、Ｂ、Ｃは可変形ミラー２０２と光検出器２０４の構成によって決定される固定行列である。こうして光検出器２０４の出力ベクトルｙは目標ベクトルｙｒに追従するように制御される。
【０３２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、波面検出器である光検出器２０４と、波面補正器である可変形ミラー２０２とを半導体基板２０１上に一体に形成しているため、半導体プロセス技術の利点を活かして相互の高い位置精度を実現することができる。さらに、これらの波面検出器および波面補正器は、共通の基板上に共通の製造条件を経て形成されているために、熱膨張係数等の基板特性ばらつきや異なる製造ロット部品の組み合わせ等に起因する寸法誤差を低減させることができる。
【０３２８】
また、波面検出器の出力を波面補正器に伝達する配線を半導体基板２０１上で平面配線パターンとして形成しているために、３次元空間内で接続するための複雑な配線が不要で、組立工数の削減や装置の小型化を図ることができる。さらに、波面検出器の出力に基づいて波面補正器を制御する制御部を、波面検出器と波面補正器と共に同一基板上に形成したため、より一層の装置の小型化と配線の簡略化を図ることができる。
【０３２９】
また、偏向器であるホログラム２０３と光検出器２０４とを半導体基板１上に一体に形成しているため、半導体プロセス技術の利点を活かして相互の高い位置精度を実現することができる。
【０３３０】
（実施形態７）
図２３は本実施形態における補償光学装置の概略構成図である。本実施形態では補償光学装置を光ディスク装置に適用した構成例を記載している。
【０３３１】
本実施形態における半導体基板２０１、可変形ミラー２０２、ポスト２０８は、実施形態６の対応する構成要素と同一の構造を有している。ホログラム２５０、光検出器２５１は基本的な構成は実施形態６とほぼ同一であるが、各検出領域の集光点に配置を異ならせて光ディスク２５５のトラック溝による干渉波面に対応させている。  半導体基板２０１上に設けられたマイクロプリズム２５２は、上面に偏光スプリッタ膜２５２ａが設けられ、一部に傾斜面２５２ｂが設けてられている。傾斜面２５２ｂは楕円ビームを円形ビームに整形する整形プリズムの役割を果たす。
【０３３２】
半導体レーザ２５３は、図示しない保持機構によって半導体基板２０１と一体に固定されている。また半導体レーザ２５３の出力する光ビームは、図示しないコリメートレンズによって平行光に変換される。
【０３３３】
次に、本実施形態における補償光学装置の動作を説明する。
【０３３４】
半導体レーザ２５３から出力された光ビームは、コリメートレンズで楕円平行ビームに変換され、往路入射光２５６として偏光スプリッタ膜２５２ａを通じてＰ偏光成分のみがマイクロプリズム２５２に入射し、可変形ミラー２０２で反射されて波面が補正された後、傾斜面２５２ｂより円ビームとして出射される。この出射光は１／４波長板２５４によって円偏光に変換され、往路反射光２５７として光ディスク２５５に向かい、対物レンズによって記録スポット２５５ａに集光される。記録スポット２５５ａからの反射光は再度対物レンズを経由して復路入射光２５８となり、１／４波長板２５４によってＳ偏光に変換される。
【０３３５】
この復路入射光２５８は傾斜面２５２ｂからマイクロプリズム２５２に入射し、可変形ミラー２０２で反射されて波面が補正される。この反射光は偏光スプリッタ膜２５２ａに反射されてホログラム２５０に入射する。ホログラム２０３はこの光ビームを複数の検出領域に分割して異なる集光点に偏向させ、各光ビームは再度偏光スプリッタ膜２５２ａで反射され、光検出器２５１に受光される。光検出器２０４の出力信号は半導体基板２０１上に設けられた図示しない制御部に入力され、これに基づいて可変形ミラー２０２の制御を行う。
【０３３６】
なお、往路反射光２５７または復路入射光２５８の光ビームの入出射方向は傾斜面２５２ｂの法線方向と一致させているため、マイクロプリズム２５２のｘ、ｙ方向の位置精度に関わらずホログラム２５０の集光点の位置精度が保たれるようになっている。
【０３３７】
このように本実施形態によれば、光源からの光ビームを可変形ミラー２０２で反射して補償光学装置外に出射し、再度補償光学装置内に入射した光ビームを再度可変形ミラー２０２で反射して光検出器２５１に導く構成を、偏光スプリッタ膜２５２ａを設けたマイクロプリズム２５２を半導体基板２０１の上方に設けた簡単な装置で実現することができる。
【０３３８】
本実施形態では、マイクロプリズム２５２に傾斜面２５２ｂを設けて、この傾斜面２５２ｂを光ビームの入射面または出射面とすることにより、マイクロプリズム２５２に光ビーム整形プリズムの効果を与えると共に、傾斜面２５２ｂ形成時に偏光スプリッタ膜２５２ａの削除を一括して行うことが可能であり、偏光スプリッタ膜２５２ａ形成時にマスキングを行う必要が無く工数を簡略化することができる。
【０３３９】
また、本実施形態では、傾斜面２５２ｂの法線方向を往路反射光２５７または復路入射光２５８の光ビームの入出射方向と一致させているため、マイクロプリズム２５２の必要位置精度を大幅に緩和することができる。
【０３４０】
（実施形態８）
図２４は本実施形態における補償光学装置の概略構成図である。本実施形態と実施形態６との相違点は、全構成要素を同一の半導体基板上に集積するのではなくＭＣＭ（Multi Chip Module）のように幾つかのチップに分けて構成した点と、平板ガラス２６７をパッケージケースの一部として構成した点である。これ以外の構成および機能は実施形態６と同一である。
【０３４１】
セラミック基板２６０はアルミナ等の絶縁性基板に金属膜で配線パターンを形成したものである。参照符号「２６１」はＳｉ基板上に可変形ミラーとこれを制御する制御回路を一体に形成した可変形ミラーユニットを示している。参照符号「２６２」はガラス材に回折パターンを形成して検出領域毎に異なる集光点に偏向させるホログラムを示し、参照符号「２６３」はＧａＡｓ基板上に４分割フォトダイオードとこの出力を増幅して差動演算等の信号処理を行うアナログ信号処理回路とを一体化した光検出器ユニット２６３を示している。
【０３４２】
これらの可変形ミラーユニット２６１、ホログラム２６２、および光検出器ユニット２６３は、セラミック基板２６０上に実装され、可変形ミラーユニット２６１と光検出器ユニット２６３との配線接続はセラミック基板２６０に形成した配線パターンによって行われている。セラミック基板２６０はパッケージベース２６４に接着され、リード２６５と接続されている。こうした配線接続はＡｕ線２６６でのボンディングによっている。
【０３４３】
パッケージベース２６４の上面に接着された平板ガラス２６７は、反射防止膜２６７ａと偏光スプリッタ膜２６７ｂの処理が施されて入射光２６８および出射光２６９の光路を形成すると共に、パッケージベース２６４と共にパッケージケースの一部を構成している。光検出器ユニット２６３によって入射光２６８の波面を検出し、可変形ミラーユニット２６１によってこの波面を補正する動作は、実施形態６で説明した内容と同じであり、これによって波面の補償された出射光２６９が得られる。
【０３４４】
このように本実施形態によれば、異なる種類の半導体基板を用いるような半導体プロセス形成上の整合性が得にくい場合においても比較的簡単に小型の補償光学装置を提供することができる。即ち、可変形ミラーユニット２６１と光検出器ユニット２６３とは同一のセラミック基板２６０上に設置されているため、両者の相対位置の調整には同一平面内での２次元的な位置調整のみを行えばよく、従来例では３次元空間内での６自由度調整が必要であったのに比べて３自由度の調整で済むため、調整工数を大幅に低減することができる。
【０３４５】
また、光検出器ユニット２６３の出力を可変形ミラーユニット２６１に伝達する配線をセラミック基板２６０上で平面配線パターンとして形成しているために、３次元空間内で接続するための複雑な配線が不要で、組立工数の削減や装置の小型化を図ることができる。
【０３４６】
また、平板ガラス２６７に光ビームの波面検出および補正のための光路形成の機能とパッケージケースとしての機能を兼備させているために、部品点数の削減と装置の小型化を図ることができる。
【０３４７】
なお、本実施形態６〜８では、波面検出器として４分割ディテクタにより集光点の位置変化を検出する構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば入射光を参照光と干渉させて干渉パターンから波面を検出する構成等の他の構成に適用することもできる。
【０３４８】
同様に、波面補正器についても、反射面を変形させる変形ミラーを用いた構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば液晶の屈折率変化等を利用して波面を補正する構成等の他の構成に適用することもできる。
【０３４９】
（実施形態９）
図２５（ａ）は、本発明による実施形態９における情報装置の概略構成図であり、図２５（ｂ）は当該情報装置に用いる補償光学装置の斜視図である。
【０３５０】
本実施形態における情報装置は、光源として、ＨＤ−ＤＶＤ用レーザ（青色レーザ）２７０およびＤＶＤ−ＲＡＭ用レーザ（赤色レーザ）２７１の２種類のレーザを備えている。各レーザから出た光は、ダイクロイックプリズム２７３を介して、補償光学装置２７４に入射する。なお、ＨＤ−ＤＶＤ用レーザ（青色レーザ）２７０から出た光はレンズ２７２を介してダイクロイックプリズム２７３に入射する。
【０３５１】
本実施形態の補償光学装置２７４は、図２５（ｂ）に示すように、可変形ミラー２７４ａと光検出器２７４ｂとが共通の基板（例えばシリコン基板などの半導体基板）上に一体的に集積された装置である。
【０３５２】
この補償光学装置２７４の可変形ミラー２７４ａによって反射された光は、偏光ホログラム２７５、１／４波長板２７６、および対物レンズ２７７を順次透過した後、情報記録媒体であるディスク（ＨＤ−ＤＶＤディスクまたはＤＶＤ−ＲＡＭディスク）２７８を照射する。
【０３５３】
ディスク２７８によって反射された光は、対物レンズ２７７および１／４波長板２７６を透過した後、偏光ホログラム２７５によって偏向され、補償光学装置２７４上の光検出器２７４ｂに入射する。
【０３５４】
偏光ホログラム２７５の働きは、基本的には、図１０を参照して説明した偏光ホログラム６３の働きと同様であり、１／４波長板２７６を往復で２回透過することによって偏光面が９０°回転した光を補償光学装置２７４上の所望の位置に偏向させるものである。なお、可変形ミラー２７４ａの構成や動作は、他の実施形態における可変形ミラーと同様である。
【０３５５】
本実施形態では、可変形ミラー２７４ａと光検出器２７４ｂとがワンチップ化されている。この点で、本実施形態の情報装置は、実施形態２における情報装置と異なっている。本実施形態のように光検出器２７４ｂが可変形ミラー２７４ａと一体化した補償光学装置２７４を情報装置に適用する場合、単一の光源で動作する情報装置と複数の光源で動作する情報装置との間で光学系のほとんどが共通化され得る。その結果、単一の光源で動作する情報装置を改良して２つの異なる光源で動作する情報装置を設計する場合でも、他の波長帯域の光源を１つ追加するだけで済む。従って、別種フォーマットのディスクに対する互換性の向上が容易となり、各種のディスクを再生できる互角性に優れた情報装置を安価に提供することが可能になる。
【０３５６】
なお、図示している例では、偏光ホログラム２７５を補償光学装置２７４とは一体化していないが、偏光ホログラム２７５および／または１／４波長板２７６を補償光学装置２７４と一体化してもよい。
【０３５７】
【発明の効果】
本発明によれば、様々な種類の収差に対応でき、高精度で補正範囲が広く、応答性に優れた波面収差の補正が可能な可変形ミラーおよび当該ミラーを備えた情報装置が提供される。また、本発明によれば、小型化、低コスト化が容易で相対位置精度の高い補償光学装置および波面検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における情報装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施形態１における波面位相検出器の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態１における可変形ミラーの概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態１におけるアクチュエータと反射膜の分解斜視図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１における可変形ミラーの平面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１における光ビーム波面の偏向動作説明図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１における可変形ミラーの拡大平面図である。
【図８】本発明の実施形態１における制御部の概略構成図である。
【図９】本発明の実施形態２における情報装置の概略構成図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態２における青色レーザモジュールと偏光ホログラムとの概略構成図である。
【図１１】（ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態２におけるフォーカス誤差とフォトディテクタへの集光位置との関係を説明する原理説明図である。
【図１２】（ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態２における情報記録装置のディスク種類別の光学系概要図である。
【図１３】本発明の実施形態３における可変形ミラーの概略構成図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態４における可変形ミラーの概略構成図である。
【図１５】本発明の実施形態４におけるアクチュエータと反射鏡の配置図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５における可変形ミラーの概略構成図である。
【図１７】本発明の実施形態６における補償光学装置の概略構成図である。
【図１８】本発明の実施形態６おける可変形ミラーの拡大分解斜視図である。
【図１９】本発明の実施形態６における可変形ミラーの概略構成図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態６におけるホログラムの概略構成図である。
【図２１】（ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態６における光検出器の概略構成図である。
【図２２】本発明の実施形態６における制御部の概略構成図である。
【図２３】本発明の実施形態７における補償光学装置の概略構成図である。
【図２４】本発明の実施形態８における補償光学装置の概略構成図である。
【図２５】（ａ）は、本発明による実施形態９における情報装置の概略構成図であり、（ｂ）は当該情報装置に用いる補償光学装置の斜視図である。
【図２６】（ａ）から（ｃ）は、従来の情報装置の一例を示した構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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