(57)【要約】【課題】小型でミラーの初期形状、変形形状及び変形量を制御できる形状可変ミラー素子を提供すること。【解決手段】圧電体と、前記圧電体を挟むように位置する第１電極２ａ及び第２電極２ｂと、弾性膜とから構成される形状可変部と、前記形状可変部を支持する基盤１とから構成され、前記弾性膜が第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの少なくとも２つに分割された構造を持ち、前記第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの配置、それぞれの膜応力、材料、さらに、第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの形状可変部に占める割合、形状及び膜厚により形状可変部の初期形状、変形形状及び変形量を制御することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、前記圧電体を挟むように配置された第１電極膜及び第２電極膜と、複数の弾性膜とを有する構成される形状可変部と、前記形状可変部を支持する基板とを備えたことを特徴とする形状可変素子。
【請求項２】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに分割されていることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子。
【請求項３】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは積層構造をとることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子。
【請求項４】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは弾性体及び両電極を挟んで逆側に配置することを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子。
【請求項５】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに異なる膜厚であることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子。
【請求項６】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに異なる膜応力を持つことを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子。
【請求項７】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに逆の極性の膜応力を持つことを特徴とする請求項１、６に記載の形状可変素子。
【請求項８】
複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに異なる材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の形状可変素子において、前記電極及び弾性膜の一部を反射ミラー膜にする、もしくは前記電極及び弾性膜とは別に反射ミラー膜を形成することを特徴とする形状可変ミラー素子。
【請求項１０】
光源と、前記光源から出射された光を媒体に導く光学系と、媒体からの反射光もしくは、光源から出射された光の少なくとも一方の光が導かれ、光信号を電気信号に変換する受光手段とを備え、前記光学系に請求項９の形状可変ミラーを設けたことを特徴とする光学ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置や光ディスク装置の光学ピックアップ、特にその波面収差補正ミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクを用いた情報記録媒体として、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などがある。近年、光ディスク装置においては複数の記録媒体を同じ光ディスク装置で読み書きする構成が一般的となっており、従来品よりさらに光ディスク装置を小型化する技術が必要となっている。特に、ノート型ＰＣ用の光ディスク装置は小型・薄型の必要性が高まっている。また、マルチメディア技術の発展に合わせて、年々光ディスクへの記憶もしくは記録容量への要求は増大する傾向にあり、（１）波長の短い青色レーザーを用いる、（２）対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくする、などの手段による記録密度の向上が図られ、しかも、（３）メディアにおける記録層を複数にすることによる記録面積の増加が図られ、大容量化を達成している。
【０００３】
光ディスク装置には、レーザー光源、光学ピックアップ、受光素子等が設けられる。レーザー光源から出射されたレーザービームは光学ピックアップを通して、光ディスクのデータ面へ集光し、反射された後、受光素子によって受光され、光ディスクに記録された情報が読み取られ、或いは光ディスクに情報が書き込まれる。この際にビームの波面はさまざまな光学部品や光ディスクによって収差を受けるので、情報を正しく読み書きするためには収差補正が不可欠である。特に、光ディスクの回転中や、異なる層を読み替える際などに生じるダイナミックな収差に関しては、光学ピックアップを構成するレンズや回折光学素子による固定的な補正手段は不適当であり、アクチュエータによる動的補正が不可欠である。
【０００４】
従来から、上記のような収差を補正する方法が考案されており、例えば、（特許文献１）に記載の方法においては、補正レンズをアクチュエータにより動かすことによって球面収差が補正される。しかしながら、この方法はアクチュエータ部が大きく、余分なレンズが必要で、ＰＣ用途など小型化の要求の大きな光学ピックアップには不向きであった。
【０００５】
また、（特許文献２）に記載の方法においては、反射面の背面に微小なアクチュエータを多数配置し、これらのアクチュエータを駆動させることにより収差が補正される。しかしながら、この方法も構造や配線が複雑であるため、小型化は困難である。
【０００６】
したがって、光ピックアップの部品として用いる程度の小型化を達成するためには、ミラーとアクチュエータが一体であり、且つ構造が単純な、例えば圧電素子を用いたユニモルフ型のような素子を用いることが望ましい。しかしながら、このような素子は薄膜積層構造をとるため、薄膜の内部応力の影響が大きく、ミラーの初期形状、変形形状及び変形量を制御する事が困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−２４１２０１号公報
【特許文献２】特開平５−３３３２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ミラーとアクチュエータが一体で、構造を単純にする事により光ピックアップの部品として十分に小型であることを前提に、ミラーの初期形状、変形形状及び変形量を制御できる形状可変ミラー素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、圧電体と、前記圧電体を挟むように配置された第１電極膜及び第２電極膜と、複数の弾性膜とを有する構成される形状可変部と、前記形状可変部を支持する基板とを備えたことを特徴とする。前記構造によれば、十分に小型な素子とする事が可能で、形状可変部の初期形状、変形形状及び変形量を制御する事ができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記構造において、前記複数の弾性膜の内、少なくとも２つ弾性膜の配置、それぞれの膜応力、材料を適正化することにより、形状可変部を所望の初期形状、変形形状及び変形量に制御する事ができる。さらに、複数の弾性膜の内、少なくとも２つ弾性膜の前記形状可変部に占める割合、形状及び膜厚により形状可変部の初期形状、変形形状及び変形量を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、圧電体と、前記圧電体を挟むように配置された第１電極膜及び第２電極膜と、複数の弾性膜とを有する構成される形状可変部と、前記形状可変部を支持する基板とを備えたことを特徴とする形状可変素子であり、十分に小型な素子とする事が可能で、形状可変部の初期形状、変形形状及び変形量を制御する事ができる。弾性膜の数は２つに限定されず、数多く分割すれば精密な形状制御も可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに分割されていることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子であり、形状可変部の初期形状及び変形形状を制御できるとともに、変形量を制御する事ができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、複数の弾性膜の内、少なくとも２つは積層構造をとることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子であり、形状可変部の初期形状及び変形形状を制御できるとともに、変形量を制御する事ができる。さらに、構造上の自由度が増すため、精密な形状制御が可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、複数の弾性膜の内、少なくとも２つは弾性体及び両電極を挟んで逆側に配置することを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子であり、形状可変部の初期形状及び変形形状を制御できるとともに、変形量を制御する事ができる。さらに、構造上の自由度が増し、残留応力が小さい構造とすることも可能で、精密な形状制御ができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに異なる膜厚であることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子であり、形状可変部の初期形状及び変形形状を制御できるとともに、変形量を制御する事ができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに異なる膜応力を持つことを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子であり、形状可変部の初期形状及び変形形状を制御できるとともに、変形量を制御する事ができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、前記複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに逆の極性の膜応力を持つことを特徴とする請求項１、６に記載の形状可変素子であり、形状可変部の初期形状及び変形形状を制御できるとともに、変形量を制御する事ができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記複数の弾性膜の内、少なくとも２つは互いに異なる材料
を用いることを特徴とする請求項１に記載の形状可変素子であり、各弾性膜としてヤング率の異なる適性材料を用いる事により形状可変部の初期形状、変形形状及び変形量を制御する事ができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１に記載の形状可変素子において、前記電極及び弾性膜の一部を反射ミラー膜にする、もしくは前記電極及び弾性膜とは別に反射ミラー膜を形成することを特徴とする形状可変ミラー素子であり、形状可変素子とミラーを一体とする事により、光ピックアップに使用できる程十分に小型な形状可変ミラー素子とする事ができ、収差補正用の形状可変ミラーとして使用する事ができる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、光源と、前記光源から出射された光を媒体に導く光学系と、媒体からの反射光もしくは、光源から出射された光の少なくとも一方の光が導かれ、光信号を電気信号に変換する受光手段とを備え、前記光学系に請求項９の形状可変ミラーを設けたことを特徴とする光学ピックアップであり、タイムリーに収差を低減させる動作を実現できるので、光学特性を向上させることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いてより詳細に説明する。なお、図面中の膜厚、基板の厚み、変形量等の寸法は理解を容易にするため実際の寸法とは異なる。また、変形形状は初期形状の影響が大きく、多くの場合は初期形状の制御を行えば変形形状の制御は必要としないため、ここでは説明を割愛する。
【００２１】
本発明における形状可変素子の模式図を、図１（ａ）に表面から見た斜視図、図１（ｂ）に裏面から見た斜視図、図１（ｃ）に図１（ａ）のＡ−Ｂ線に沿う断面図を示す。
【００２２】
形状可変ミラーは図１（ａ）、（ｃ）において、下側から順に基板１、第１電極２ａ、圧電膜３、第２電極２ｂ、第１弾性膜４ａ及び第２弾性膜４ｂで構成されている。圧電膜３は第１電極２ａ及び第２電極２ｂ間に電圧を印加することにより、機械的歪みを生じて形状可変部を変形させるユニモルフ型の圧電素子である。このような形状可変素子の例えば第１弾性膜４ａを誘電体多層膜にしたり、下側から誘電体多層膜を成膜するなどの方法により、ミラー機能を持たせる事により光ピックアップの収差補正用形状可変ミラーとして用いる事ができる。
【００２３】
また、上記実施の形態では外形が四角形で内部に円形の穴を持つ第１弾性膜４ａと、円形の穴の中に円形状の第２弾性膜４ｂを配置した構成としたが、他の形態としては、図２（ａ）に示すように、第１から第４弾性膜４ａ〜４ｄをドーナツ上に分割して配置したり、図２（ｂ）に示すように、裏面に図１に示すような形状で第５，第６弾性膜４ｅ，４ｆを配置したり等のように表側、裏側に関係なく自由に分割することができ、更に、形状も円形状などではなく、図２（ｃ）に示すように、楕円形状の第１弾性膜４ａと三日月状の第２弾性膜４ｂを配置するなど不定形なものの組み合わせ、あるいは図２（ｄ）のように第１〜第５弾性膜４ａ〜４ｅを短冊状に並べたり、図２（ｅ）のように円形やその他の形で第１〜第５弾性膜４ａ〜４ｅを島状構造に配置したりするなど、特に限定されることはなく、自由に変えることができる。断面形状も特に限定する事はなく、図２（ｆ）のように第１弾性膜４ａは中央部の膜厚が薄く、外側の膜厚が厚くなるように構成し、第２弾性膜４ｂは中央部の膜厚が厚く、外側が薄くなるように構成する。すなわち、場所によって膜厚を変化させたりする事ができ、断面形状を制御する事によって初期形状の微細な制御が可能となる。各弾性膜の材料に関しても特に限定することはなく、金属、金属酸化物、有機化合物などから自由に選択する事ができ、互いに別々の材料を用いてもよい。ただし、明らかに圧電膜に電圧を供給することを目的として備えた膜は弾性膜には適さない。
【００２４】
第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂを分割する場合、その間隔は特に限定することない。
【００２５】
図３のように、第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂが接する構造もとることができるが、この場合は明らかに材料、膜応力、膜厚などの膜特性が異なることが必要であり、成膜時の不均一性により膜特性が変化したものはこれに含まない。
【００２６】
第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂは図４（ａ）のような積層構造をとることもできる。この場合、積層数に制限はなく、必要であれば何層積層しても良い。また、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように部分的に重なり合っていても良く、重なり合っている部分の幅、面積、形状においても特に限定することはない。
【００２７】
図１の構造において、第１弾性膜４ａ及び第２弾性膜４ｂにＳｉＯ2のような圧縮応力を持つ材料を用いて形状可変素子を作製し、第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの膜厚、膜応力を同一にした場合の変位形状は、弾性膜の分割位置と変形時の変曲点の位置により大きく異なる。つまり、図５（ａ）のように、変曲点の位置にどちらの弾性膜も重なっていない場合、（形状可変部を占める第１弾性膜４ａの面積）＞（形状可変部を占める第２弾性膜４ｂの面積）で下に凸、（形状可変部を占める第１弾性膜４ａの面積）＜（形状可変部を占める第２弾性膜４ｂの面積）で上に凸となる。図５（ｂ）のように、第１弾性膜４ａが変曲点より内側まで占有している場合、弾性膜の面積によらず、下に凸となる。図５（ｃ）のように、第２弾性膜４ｂが変曲点の外側まで占有しているとき、（形状可変部を占める第１弾性膜４ａの面積  ＋  第２弾性膜４ｂの変曲点より外側の面積）＞（第２弾性膜４ｂの変曲点より内側の面積）で下に凸、（形状可変部を占める第１弾性膜４ａの面積  ＋  第２弾性膜４ｂの変曲点より外側の面積）＜（第２弾性膜４ｂの変曲点より内側の面積）で上に凸となる。このように各弾性膜の形状可変部を占める面積及び分割位置と変曲点の関係は初期形状を決める大きなファクターであり、これらを制御することによって変形方向、初期形状、変形量を制御することができる。
【００２８】
第１弾性膜４ａ及び第２弾性膜４ｂにＳｉＯ2のような圧縮応力を持つ材料を用いて形状可変素子を作製し、図６（ａ）のように第１弾性膜４ａの膜厚を厚くした場合の初期形状は、変位方向が下に凸の場合、第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの膜厚が等しい場合と比較すると、図６（ｃ）のような、先端が狭く、少し尖った形状となる。これとは逆に、図６（ｂ）のように第２弾性膜４ｂの膜厚を厚くした場合の初期形状は、図６（ｄ）のような先端が広い、つぶれた形状となる。さらに、各弾性膜の膜厚により初期変形量を制御したり、膜厚の比率により変位方向を上に凸にしたりすることも可能である。
【００２９】
ここで、第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの膜厚を変化させた場合のシミュレーション結果を示す。この場合、第１電極２ａ、圧電膜３、第２電極２ｂの膜厚はそれぞれ０．２mｍ、３mｍ、０．２mｍとした。また、形状可変部は半径０．５ｍｍの円形とし、第１第弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂは、中心から半径０．３７ｍｍの円上で分割した。第１第弾性膜４ａ、第２弾性膜４ｂの膜厚をどちらも１mｍにした時の模式図を図７（ａ）に、第１弾性膜４ａを３mｍ、第２弾性膜４ｂを１mｍにしたときの模式図を図７（ｂ）に、第１弾性膜４ａを１mｍ、第２弾性膜４ｂを３mｍにしたときの模式図を図７（ｃ）に示し、それぞれの場合の初期形状を示すシミュレーション結果のグラフを図７（ｄ）〜（ｆ）に示した。図７（ａ）、図７（ｃ）の構造では下向きに変形し、図７（ｂ）の構造では上向きに変形している。また、その変形量も膜厚により大きく変化することがわかる。このように、第１弾性膜４ａおよび第２弾性膜４ｂの膜厚をそれぞれ変化させるだけで、変形方向、変形量を簡単に変化させることが可能である。
【００３０】
第１弾性膜４ａ及び第２弾性膜４ｂの膜応力を互いに変化させた場合も膜厚を変えた場合と同様の効果が得られ、例えば、図１（ｃ）の構造において第１弾性膜４ａの膜応力を強い圧縮応力、第２弾性膜４ｂの膜応力を弱い圧縮応力とした場合の初期形状は、図６（
ｃ）のような、尖った形状となる。さらに第２弾性膜４ｂの膜応力を引張応力とした場合の初期形状はさらに尖った形状となり、残留応力が小さくなるという効果もある。この場合も膜厚を変えた場合と同様に各弾性膜の応力により初期変形量を制御したり、応力の比率、極性により変位方向を上に凸にしたりすることが可能である。
【００３１】
図８（ａ）のように第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂを、圧電膜３を挟んで配置した構造において、第１弾性膜４ａ及び第２弾性膜４ｂを材料、成膜条件等により圧縮応力とした場合、初期形状は図６（ｂ）のように上に凸な形状となる。このような構造では残留応力が小さく、例えば各弾性膜の面積により形状を制御する場合においても、シミュレーション等との整合性が良く、所望の形状を得るのが容易である。第１弾性膜４ａと第２弾性膜４ｂの形状、面積、膜応力等を制御することにより変曲点の位置や初期形状を制御することも可能である。また、電圧印加時の曲げモーメントの方向が内側と外側で異なるため、大きな変位を得ることができる。第１弾性膜４ａ及び第２弾性膜４ｂを引張応力とする事により、図６（ｃ）のような下に凸な形状とする事も可能で、他の作用は上記、上に凸な場合と同様である。
【００３２】
これまで述べてきた形状制御方法を組み合わせて用いる事により、さらに自由な形状の制御が可能となる。
【００３３】
このような形状可変素子において、電極膜及び弾性膜そのもの、もしくはその一部を反射ミラー膜にする、もしくは電極膜及び弾性膜とは別に反射膜を形成することにより、光ピックアップに使用できる程十分に小型な形状可変ミラー素子とする事ができ、収差補正用の形状可変ミラーとして使用する事ができる。
【００３４】
図９に光学ピックアップの基本的な構成例を示す。レーザー光源７から発せられた光束はビームスプリッター９を透過し、立ち上げミラーを兼用する形状可変ミラー素子１０で反射され、対物レンズ１２を通って、光ディスク１３に結像する。そこで反射した光は形状可変ミラー素子１０で反射して、ビームスプリッター９を反射して受光素子８において電気信号に変換される。この構成においては、光束は形状可変ミラー素子１０に４５度入射する。形状可変ミラー素子１０はドライバ１１から制御電圧を供給される。ドライバ１１は球面収差量を検知するモニター用受光素子（図示しない）や受光素子８等の受光手段の内で少なくとも一つからの信号をもとに、制御電圧の値を定め、形状可変ミラーの曲率を変化させることができる。特に、レーザー光源７から出射される光が青から青紫の短波長光の場合、上記構成は特に有用である。
【００３５】
別の形態における光学ピックアップの構成を図１０に示す。レーザー光源７から発せられた光束は偏光ビームスプリッター１５を透過し、立ち上げミラー１６を反射し、１／４波長板１４および対物レンズ１２を経て光ディスク１３上で集光する。その後、光ディスク１３を反射した光は偏光状態を９０度変え、立ち上げミラー１６を経て、偏光ビームスプリッター１５で反射され、もう一枚の１／４波長板１４を透過し形状可変ミラー素子１０で反射され、再び１／４波長板を透過して偏光状態を９０度変えた後、偏光ビームスプリッター１５を透過して、受光素子８において電気信号に変換される。形状可変ミラー素子１０はドライバ１１から制御電圧を供給される。ドライバ１１は球面収差量を検知するモニター用受光素子（図示しない）や受光素子８等の受光手段の内で少なくとも一つからの信号をもとに、制御電圧の値を定め、形状可変ミラーの曲率を変化させることができる。特に、レーザー光源７から出射される光が青から青紫の短波長光の場合、上記構成は特に有用である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、小型な形状可変素子が製造可能で、特にミラーを取り付けることによ
り、精度の高い収差補正を行うことができるので、ＣＤ／ＤＶＤドライブレコーダ、デコーダ、ＣＤ／ＤＶＤドライブなどに用いられる光学ピックアップ、特に、青色レーザーを用いた光学ピックアップや収差の補正が必要な光学装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態における形状可変素子を示す図
【図２】本発明の一実施の形態における形状可変素子を示す図
【図３】本発明の一実施の形態における形状可変素子の断面図
【図４】本発明の一実施の形態における形状可変素子の断面図
【図５】本発明の一実施の形態における形状可変素子の断面図
【図６】本発明の一実施の形態における形状可変素子の断面図
【図７】本発明の一実施の形態における形状可変素子の初期形状を示すシミュレーションのグラフ
【図８】本発明の一実施の形態における形状可変素子の膜構造を簡略化した初期形状を表す模式図
【図９】本発明による光学ピックアップの光路を示す図
【図１０】本発明による別の形態における光学ピックアップの光路を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１    基板
２ａ    第１電極
２ｂ    第２電極
３    圧電膜
４ａ    第１弾性膜
４ｂ    第２弾性膜
４ｃ    第３弾性膜
４ｄ    第４弾性膜
４ｅ    第５弾性膜
４ｆ    第６弾性膜
５    変形時の変曲点の位置
６    １〜４の構造を簡略化した積層膜
７    レーザー光源
８    受光素子
９    ビームスプリッター
１０    形状可変ミラー素子
１１    ドライバ
１２    対物レンズ
１３    光ディスク
１４    １／４波長板
１５    偏光ビームスプリッター
１６    立ち上げミラー
【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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