(57)【要約】【課題】変形可能ミラーの小さい変形で大きな収差を補正し得る収差補正装置を提供する。【解決手段】収差補正装置１００は、変形可能ミラー１０１と、平行平板状の透明体１０２と、変形可能ミラー１０１と透明体１０２を支持する支持体１０４と、支持体１０４を保持する基板１０３とを備えている。変形可能ミラー１０１は、光を反射するための変形可能な反射面を有している。透明体１０２は変形可能ミラー１０１の反射面の側に配置されている。変形可能ミラー１０１と透明体１０２は、変形可能ミラー１０１の未変形状態において、光の波長以下の間隔を置いて配置されている。収差補正装置１００は更に、変形可能ミラー１０１の反射面の反対側の面に設けられた電極１０６と、基板１０３の変形可能ミラー１０１に対向した面に設けられた電極１０７とを有している。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の収差を補正するための収差補正装置であり、
光学系で使用される光を反射するための変形可能な反射面を有する変形可能ミラーと、
変形可能ミラーの反射面の側に配置された平行平板状の透明体と、
変形可能ミラーを変形させるための駆動部とを備えており、
変形可能ミラーと透明体は、変形可能ミラーの未変形状態において、光の波長以下の間隔を置いて配置されている、収差補正装置。
【請求項２】
透明体がガラスである、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項３】
透明体は、透明な平行平板と、平行平板の変形可能ミラーに近い方の面に設けられた誘電体の薄膜とを備えている、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項４】
駆動部は、変形可能ミラーの反射面の反対側の面に設けられた第一の電極と、変形可能ミラーの反射面の反対側に配置された第二の電極であって、第一の電極に対向している第二の電極とを含んでいる、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項５】
駆動部は、変形可能ミラーの反射面の反対側の面に設けられた第一の電極と、透明体の変形可能ミラーに近い方の面に設けられた透明電極とを含んでいる、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項６】
駆動部は、変形可能ミラーの反射面の反対側の面に設けられた第一の電極と、変形可能ミラーの反射面の反対側に配置された第二の電極であって、第一の電極に対向している第二の電極と、透明体の変形可能ミラーに近い方の平面に設けられた透明電極とを含んでいる、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項７】
駆動部は、前記変形可能ミラーの裏面に設けられたコイルと、コイルの近くに配置された永久磁石とを含んでいる、請求項１に記載の収差補正装置。
【請求項８】
駆動部は、前記変形可能ミラーの裏面側に配置された圧電素子を含んでいる、請求項１に記載の収差補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の収差を補正するための収差補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような収差補正装置は、天体望遠鏡等において使用されており、光ピックアップやレーザ干渉計等のレーザ光を利用する光学系一般において使用が検討されている。
【０００３】
ここでは、本発明の収差補正装置の用途の一つである光ピックアップを例にあげて説明する。しかし、本発明の収差補正装置は、その用途が光ピックアップに限定されるものではなく、他の光学系一般に対して広く適用可能である。
【０００４】
特開平９−１５２５０５号公報は、記録層の前面に厚さ０．６ｍｍのカバーガラスを備えた光ディスクと、記録層の前面に厚さ１．２ｍｍのカバーガラスを備えた通常の光ディスク（コンパクトディスク）とに対応した、球面収差を補正する変形可能ミラーを備えた光ピックアップを開示している。
【０００５】
コンパクトディスクは厚さ１．２ｍｍのカバーガラスを有しており、コンパクトディスク用の光ピックアップはコンパクトディスクのカバーガラスの厚さに合わせて設計されている。従って、コンパクトディスク用の光ピックアップは、厚さ０．６ｍｍのカバーガラスを有する光ディスクにそのまま用いることはできない。なぜなら、カバーガラスの厚さの違いにより、光ディスクの記録層において球面収差が発生するからである。
【０００６】
このため、厚さ１．２ｍｍのカバーガラスを備えた光ディスクと、厚さ０．６ｍｍのカバーガラスを備えた光ディスクとに共通に使える光ピックアップは、球面収差を補正する機能を有している必要がある。このような球面収差の補正には、しばしば、反射面が変形可能な変形可能ミラーが利用されている。変形可能ミラーの反射面は、例えば、静電引力や磁気力を利用して変形される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスクの記録密度の更なる向上のため、光ピックアップの光源の更なる短波長化（４００ｎｍ程度）と対物レンズの更なる高ＮＡ化（０．７以上）が検討されている。
【０００８】
短波長化と高ＮＡ化が進むと、光ディスクのカバーガラスの厚さの違いに起因して発生する球面収差は大きくなる。このため、収差を補正するには、ミラーをより大きく変形させる必要が生じる。
【０００９】
前述の光ピックアップの変形可能ミラーは、それを支持する基板に予め形成された凹凸に沿うように変形される。この構成において、変形可能ミラーを大きく変形させるためには、基板の凹凸を深くしなければならない。これは、変形可能ミラーと基板の凹凸の底面との間隔を広げることを意味する。
【００１０】
しかし、静電引力や磁気力は距離の二乗に反比例して小さくなるため、十分な力で変形可能ミラーを変形させるには高電圧・大電流が必要になる。高電圧・大電流をもってしても、変形可能ミラーが十分に変形しないことも十分に予想される。
【００１１】
このため、変形可能ミラーの小さい変形で大きな収差を補正し得る収差補正装置が望まれている。
【００１２】
本発明の目的は、変形可能ミラーの小さい変形で大きな収差を補正し得る収差補正装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の収差補正装置は、光学系で使用される光を反射するための変形可能な反射面を有する変形可能ミラーと、変形可能ミラーの反射面の側に配置された平行平板状の透明体と、変形可能ミラーを変形させるための駆動部とを備えており、変形可能ミラーと透明体は、変形可能ミラーの未変形状態において、光の波長以下の間隔を置いて配置されている。
【００１４】
【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の形態について説明する。
【００１５】
第一実施形態
第一実施形態の収差補正装置について図１を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に示されるように、本実施形態の収差補正装置１００は、変形可能ミラー１０１と、平行平板状の透明体１０２と、変形可能ミラー１０１と透明体１０２を支持する支持体１０４と、支持体１０４を保持する基板１０３とを備えている。
【００１７】
変形可能ミラー１０１は、収差補正装置１００が組み込まれる光学系で使用される光を反射するための変形可能な反射面を有している。透明体１０２は、例えばガラス平行平板で構成され、変形可能ミラー１０１の反射面の側に配置されている。
【００１８】
変形可能ミラー１０１と透明体１０２は、変形可能ミラー１０１の未変形状態において、光の波長以下の間隔を置いて配置されている。言い換えれば、透明体１０２と未変形状態の変形可能ミラー１０１の間の空隙１０８は、変形可能ミラー１０１で反射される光の波長以下の厚さを有している。
【００１９】
収差補正装置１００は更に、変形可能ミラー１０１の反射面の反対側の面に設けられた電極１０６と、基板１０３の変形可能ミラー１０１に対向した面に設けられた電極１０７とを有している。電極１０７は、変形可能ミラー１０１の反射面の反対側に位置し、電極１０６に対向している。これらの電極１０６と電極１０７は、変形可能ミラー１０１を変形させるための駆動部の一部を構成している。
【００２０】
電極１０６と電極１０７の間に電圧を印加すると、両者間に静電引力が発生する。その結果、変形可能ミラー１０１は基板１０３の側に引き付けられ、変形する。つまり、変形可能ミラー１０１は電極１０６と電極１０７の間に印加される電圧に依存して変形する。
【００２１】
収差補正装置１００への入射光は、ガラス平行平板１０２を透過し、変形可能ミラー１０１の反射面で反射され、ガラス平行平板１０２を透過して、収差補正装置１００の外部に射出される。
【００２２】
ガラス平行平板１０２と空隙１０８の境界面で屈折率が不連続に変わるため、ガラス平行平板１０２の表面（ガラス平行平板１０２と空隙１０８の境界面）で一定の反射が起こる。その結果、変形可能ミラー１０１の反射面とガラス平行平板１０２の表面の間で繰り返し反射が起こる。勿論、ガラス平行平板１０２の表面では反射と透過が同時に起こる。
【００２３】
ガラス平行平板１０２と変形可能ミラー１０１の間隔、すなわち空隙１０８の厚さが光の波長以下であるため、繰り返し反射する光は効率良く干渉し合う。その結果、ガラス平行平板１０２を透過して射出される光は、干渉の影響を受けて、位相が変化する。位相の変化量は、変形可能ミラー１０１の屈折率、ガラス平行平板１０２の屈折率、空隙１０８の屈折率、空隙１０８の厚さに依存する。従って、変形可能ミラー１０１を変形させて、空隙１０８の厚さを反射面の有効範囲内において変えることにより、入射光の位相の変化量を制御することができる。つまり、異なる位置に入射する光線ａと光線ｂに位相差を与えることができる。
【００２４】
さらに、光線ａと光線ｂは、装置１００から射出される前に、ガラス平行平板１０２と変形可能ミラー１０１の間で繰り返し反射されるため、繰り返し反射の起きない系と比較して、それらの間に大きい位相差を与えることができる。つまり、光線ａと光線ｂの位相を大きく異ならせることができる。結局、変形可能ミラー１０１の小さい変形に対しても、反射面内に大きな位相分布をもたせることができる。入射光の位相分布を制御できるということは、入射光の波面の制御ができるということであり、変形可能ミラー１０１の小さい変形によって、光学系の収差を補正できる。
【００２５】
以下、本実施形態の収差補正装置１００が組み込まれた光学系の一例である光ピックアップについて図７を参照しながら説明する。
【００２６】
図７に示されるように、光ピックアップは、光源である半導体レーザ１１００と、半導体レーザ１１００からの発散光を平行光に変えるためのコリメータレンズ１１０２と、光ディスク１１０８に対向して配置される対物レンズ１１０６と、先に詳述した収差補正装置１００と、コリメータレンズ１１０２からの光を収差補正装置１００を経由させて対物レンズ１１０６に導くと共に対物レンズ１１０６からの光を収差補正装置１００を経由させてコリメータレンズ１１０２に導くための偏光ビームスプリッタ１１０３と１／４波長板１１０４と、半導体レーザ１１００とコリメータレンズ１１０２の間に配置された、光ディスク１１０８からの光を一部反射するためのビームスプリッタ１１０１と、ビームスプリッタ１１０１で反射された光ディスク１１０８からの光を検出するための光検出器１１０７とを備えている。
【００２７】
この光ピックアップでは、光ディスク１１０８の記録密度を高めるために、半導体レーザ１１００から射出される光は４００ｎｍと短い波長を有し、対物レンズ１１０６は０．８５と大きいＮＡを有している。
【００２８】
半導体レーザ１１００から射出された発散光は、ビームスプリッタ１１０１を透過し、コリメータレンズ１１０２により平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ１１０３にＳ偏光で入射する。Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１１０３で反射され、１／４波長板１１０４を透過して円偏光になり、収差補正装置１００に入射する。収差補正装置１００から射出された光は再び１／４波長板１１０４を透過してＰ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１１０３を透過して、対物レンズ１１０６により光ディスク１１０８の記録層１１０８ａに収束される。
【００２９】
光ディスク１１０８で反射された光は、対物レンズ１１０６、偏光ビームスプリッタ１１０３、１／４波長板１１０４を透過し、収差補正装置１００に入射する。収差補正装置１００から射出された光は、１／４波長板１１０４を透過してＳ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１１０３で反射され、コリメータレンズ１１０２を透過し、ビームスプリッタ１１０１で反射され、光検出器１１０７で検出される。
【００３０】
光の波長が４００ｎｍと短く、対物レンズ１１０６のＮＡが０．８５と大きいため、光ディスク１１０８のカバーガラス１１０８ｂの数μｍの厚みの誤差であっても、記録層１１０８ａに収束される光には大きな球面収差が発生する。
【００３１】
収差補正装置１００は、発生する球面収差を打ち消すように、変形可能ミラー１０１を変形させ、反射光に位相分布を与える。これにより、光ディスク１１０８への入射光は記録層１１０８ａに良好に収束される。
【００３２】
このように、収差補正装置１００は、記録密度の向上を狙った光ピックアップに安定した動作を提供する。従って、記録密度の高いシステムに対応した信頼性の高い光ピックアップが提供される。
【００３３】
第二実施形態
第二実施形態の収差補正装置について図２を参照しながら説明する。図２において、第一実施形態の収差補正装置の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、以下では、それらに関連した詳しい説明は省略し、第一実施形態の収差補正装置との相違部分に重点をおいて述べる。
【００３４】
図２に示されるように、収差補正装置２００において、透明体２０２は、光学的に透明なガラス平行平板２０５と、ガラス平行平板２０５の変形可能ミラー１０１に近い方の面に積層された二つの誘電体薄膜２０９と２１０とを備えている。二つの誘電体薄膜２０９と２１０は互いに異なる屈折率を有している。
【００３５】
本実施形態では、透明体２０２は、二層の誘電体薄膜を有しているが、誘電体薄膜の層数はこれに限定されるものではなく、一層であってもよく、あるいは三層以上であってもよい。
【００３６】
誘電体薄膜の境界面では反射と透過が発生する。従って、空隙１０８内の繰り返し反射だけでなく、誘電体薄膜内でも繰り返し反射が起こる。その結果、反射光の位相変化を大きくすることが可能であり、第一実施形態と比較して、変形可能ミラー１０１のより小さい変形で収差を補正できる。
【００３７】
第三実施形態
第三実施形態の収差補正装置について図３を参照しながら説明する。図３において、第一実施形態の収差補正装置の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、以下では、それらに関連した詳しい説明は省略し、第一実施形態の収差補正装置との相違部分に重点をおいて述べる。
【００３８】
収差補正装置３００は、変形可能ミラー１０１の反射面の反対側の面に設けられた電極１０６と、ガラス平行平板１０２の変形可能ミラー１０１に対向した面に設けられた透明電極３１１とを有している。透明電極３１１は、変形可能ミラー１０１の反射面の側に位置している。電極１０６と透明電極３１１は、変形可能ミラー１０１を変形させるための駆動部の一部を構成している。
【００３９】
電極１０６と透明電極３１１の間に電圧を印加すると、両者間に静電引力が発生する。その結果、変形可能ミラー１０１はガラス平行平板１０２の側に引き付けられ、変形する。つまり、変形可能ミラー１０１は、第一実施形態とは反対に変形される。変形可能ミラー１０１の変形は電極１０６と透明電極３１１の間に印加される電圧に依存する。
【００４０】
変形可能ミラー１０１の変形による収差補正は、第一実施形態と全く同様である。
【００４１】
本実施形態の収差補正装置３００の透明体は、図示されるように、ここではガラス平行平板で構成されているが、第二実施形態と同様、ガラス平行平板とそれに設けられた一層以上の誘電体膜とで構成されてもよい。
【００４２】
第四実施形態
第四実施形態の収差補正装置について図４を参照しながら説明する。図４において、第一実施形態の収差補正装置の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、以下では、それらに関連した詳しい説明は省略し、第一実施形態の収差補正装置との相違部分に重点をおいて述べる。
【００４３】
収差補正装置４００は、変形可能ミラー１０１の反射面の反対側の面の中央部分に設けられた円形の電極４０６ａと、電極４０６ａを取り囲んでいる輪帯状の電極４０６ｂと、基板１０３の変形可能ミラー１０１に対向した面の中央部分に設けられた円形の電極４０７ａと、電極４０７ａを取り囲んでいる輪帯状の電極４０７ｂと、ガラス平行平板１０２の変形可能ミラー１０１に対向した面の中央部分に設けられた円形の透明電極４１１ａと、透明電極４１１ａを取り囲んでいる輪帯状の透明電極４１１ｂとを有している。
【００４４】
電極４０７ａと電極４０７ｂは、共に変形可能ミラー１０１の反射面の反対側に位置し、それぞれ電極４０６ａと電極４０６ｂに対向している。透明電極４１１ａと透明電極４１１ｂは、共に変形可能ミラー１０１の反射面の側に位置し、変形可能ミラー１０１を間に置いてそれぞれ電極４０６ａと電極４０６ｂに対向している。
【００４５】
電極４０６ａと電極４０６ｂと電極４０７ａと電極４０７ｂと透明電極４１１ａと透明電極４１１ｂは、変形可能ミラー１０１を変形させるための駆動部の一部を構成している。
【００４６】
本実施形態の収差補正装置４００では、電極４０６ａと電極４０６ｂと電極４０７ａと電極４０７ｂと透明電極４１１ａと透明電極４１１ｂの電位を制御することにより、変形可能ミラー１０１を様々な形状に変形させることができる。
【００４７】
例えば、電極４０６ａと電極４０７ａを等電位とし、電極４０６ａと透明電極４１１ａの間に電圧を印加し、電極４０６ｂと電極４１１ｂを等電位とし、電極４０６ｂと電極４０７ｂの間に電圧を印加する。これにより、変形可能ミラー１０１は、中央部分がガラス平行平板１０２の側に引き寄せられる一方で、周囲部分は基板１０３の側に引き寄せられる。その結果、変形可能ミラー１０１は、中央部分と周囲部分が逆方向に変形する。つまり、変形可能ミラー１０１を部分的に逆方向に変形させることができる。
【００４８】
あるいは、電極４０６ａと電極４０６ｂ、電極４０７ａと電極４０７ｂ、透明電極４１１ａと透明電極４１１ｂをそれぞれ等電位とし、電極４０６ａと電極４０７ａの間、あるいは、電極４０６ａと透明電極４１１ａの間に電圧を印加する。これにより、変形可能ミラー１０１を全体的に凸面にも凹面にも大きく変形させることができる。。
【００４９】
このように、本実施形態の収差補正装置４００は、変形可能ミラー１０１を様々な形状に変形させることができるため、より正確な収差補正を行なうことができる。
【００５０】
本実施形態では、変形可能ミラー１０１に設けられた電極は、中央部に配置された円形の電極４０６ａと、それを取り囲む輪帯状の電極４０６ｂとを有しているが、それに限定されるものではなく、それらに代えて、適当に配列された複数の電極を有していてもよい。同様のことは、基板１０３に設けられた電極や透明体１０２に設けられた透明電極についても言える。
【００５１】
第五実施形態
第五実施形態の収差補正装置について図５を参照しながら説明する。図５において、第一実施形態や第二実施形態の収差補正装置の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、以下では、それらに関連した詳しい説明は省略し、第一実施形態の収差補正装置との相違部分に重点をおいて述べる。
【００５２】
図５において、収差補正装置５００は、変形可能ミラー１０１の反射面の反対側の面に設けられたコイル５１２と、基板１０３の変形可能ミラー１０１に対向した面に設けられた永久磁石５１３とを有している。例えば、コイル５１２は変形可能ミラー１０１の中心から螺旋状に周回しながら延びている。コイル５１２は好ましくはフォトリソグラフィーの手法を利用して作成される。永久磁石５１３はコイル５１２を横切る磁場を与えている。コイル５１２と永久磁石５１３は、変形可能ミラー１０１を変形させるための駆動部の一部を構成している。
【００５３】
コイル５１２に電流を流すと、永久磁石５１３が作り出す磁場との相互作用により、コイル５１２が電磁力を受ける。その結果、変形可能ミラー１０１が変形される。コイル５１２が受ける電磁力の方向と大きさは、それぞれ、コイル５１２を流れる電流の方向と大きさに依存する。従って、コイル５１２を流す電流の方向を制御することにより、変形可能ミラー１０１を凸形状にも凹形状に変形させることができる。
【００５４】
変形可能ミラー１０１の変形による収差補正は、第一実施形態と全く同様である。
【００５５】
第六実施形態
第六実施形態の収差補正装置について図６を参照しながら説明する。図６において、第一実施形態の収差補正装置の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、以下では、それらに関連した詳しい説明は省略し、第一実施形態の収差補正装置との相違部分に重点をおいて述べる。
【００５６】
図６に示されるように、収差補正装置６００は、基板１０３の変形可能ミラー１０１に対向した面の中央部分に設けられた圧電素子６１４ａと、圧電素子６１４ａを取り囲んでいる円筒状の圧電素子６１４ｂとを有している。圧電素子６１４ａと圧電素子６１４ｂは、一方の端が基板１０３の変形可能ミラー１０１に対向した面に固定され、残りの一方の端が変形可能ミラー１０１の基板１０３に対向した面に固定されている。圧電素子６１４ａと圧電素子６１４ｂは、変形可能ミラー１０１を変形させるための駆動部の一部を構成している。
【００５７】
圧電素子６１４ａと圧電素子６１４ｂは電圧の印加に応じて伸長する。あるいは、圧電素子６１４ａと圧電素子６１４ｂに予め所定の電圧を印加させておき、電圧を増減させると、圧電素子６１４ａと圧電素子６１４ｂは電圧の増減に応じて伸縮する。これにより、変形可能ミラー１０１が変形される。圧電素子６１４ａと圧電素子６１４ｂの伸縮量を適当に制御することにより、変形可能ミラー１０１を複雑な形状に変形させることができる。これにより、より正確な収差補正を行なうことが可能である。
【００５８】
本実施形態では、変形可能ミラー１０１を変形させるための駆動部は、中央部に配置された圧電素子６１４ａと、それを取り囲む円筒状の圧電素子６１４ｂとを有しているが、それに限定されるものではなく、それらに代えて、適当に配列された複数の圧電素子を有していてもよい。
【００５９】
これまでに述べたいずれの実施形態においても、変形可能ミラー１０１への入射光は、未変形状態でその反射面にほぼ垂直に入射するものとしている。入射光が反射面に対して傾いている場合は、Ｐ偏光とＳ偏光の違いが出てくる。一般には、Ｐ偏光とＳ偏光で位相の変化は異なるので、Ｐ偏光とＳ偏光に対して異なる収差補正を行なうことが可能である。もちろん、透明体に積層させた多層の誘電体薄膜を含ませることにより、言い換えれば、透明体に含まれる透明な平行平板に誘電体薄膜を多層積層することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の位相の変化を同じにすることもできるので、Ｐ偏光とＳ偏光に対して同じ収差補正を行なうも可能である。
【００６０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、変形可能ミラーの小さい変形で大きな収差を補正し得る収差補正装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による収差補正装置の縦断面を示している。
【図２】本発明の第二実施形態による収差補正装置の縦断面を示している。
【図３】本発明の第三実施形態による収差補正装置の縦断面を示している。
【図４】本発明の第四実施形態による収差補正装置の縦断面を示している。
【図５】本発明の第五実施形態による収差補正装置の縦断面を示している。
【図６】本発明の第六実施形態による収差補正装置の縦断面を示している。
【図７】図１に示された収差補正装置が組み込まれた光ピックアップを示している。
【符号の説明】
１００　収差補正装置
１０１　変形可能ミラー
１０２　透明体
１０３　基板
１０４　支持体
１０６　電極
１０７　電極
１０８　空隙
【図１】
2004012895.tif 000003
【図２】
2004012895.tif 000004
【図３】
2004012895.tif 000005
【図４】
2004012895.tif 000006
【図５】
2004012895.tif 000007
【図６】
2004012895.tif 000008
【図７】
2004012895.tif 000009