JP4470801B2 - 形状可変ミラー及びそれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ミラーの鏡面形状を変形できる形状可変ミラーに関し、より詳細には、形状
可変ミラーの鏡面の変形量に関する。また、本発明は、形状可変ミラーを備える光ピック
アップ装置に関する。

光ピックアップ装置を使って、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途
ディスク）等の光ディスクの情報を読み書きする際、光ピックアップ装置の光軸とディス
ク面の関係は、垂直であることが理想である。しかし、実際にディスクが回転している際
、この関係は常に垂直というわけではない。このため、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクでは
、ディスク面が光軸に対して傾いた時に、レーザ光の光路が曲げられてコマ収差が発生す
る。

そして、このコマ収差が発生した場合、光ディスク上に照射されたレーザ光のスポット
位置が正しい位置からずれるため、コマ収差が許容値を超えると、情報の正しい読み書き
ができないという問題が発生する。このため、従来、形状可変ミラーを用いて上述のコマ
収差などの補正を行う手段が提案されている。

例えば、特許文献１の中で、圧電素子を利用したユニモルフ又はバイモルフ構造の形状
可変ミラーで、波面収差を低減する方法が紹介されている。これは、例えば、図６（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）に示すような構造を有している。図６（ａ）は、鏡用固定部材１０８を
取り除いて、鏡材１０１と反対側から見た図である。図６（ｂ）は、図Ａ（ａ）のＡ−Ａ
'の位置で切った形状可変ミラーの断面図である。図６（ｃ）は、鏡材１０１側から見た
平面図である。１０２は圧電素子、１０３は配線電極、１０４は個別電極、１０５は鏡基
板、１０６は固定部、１０７はスリット、１０９は支持部である。

これによると、配線電極１０３を接地し、２つの個別電極１０４に印加する電圧のプラ
スとマイナスを逆にして印加すると、異なった電圧を印加された一方の圧電素子１０２は
伸び、他方の圧電素子１０２は縮むこととなり、鏡面は、Ａ−Ａ'方向の鏡面の中心を挟
んで、一方は凸面、他方は凹面となる。そして、このような形状可変ミラーを光ピックア
ップ装置に適用すると、波面収差の低減ができることが紹介されている。また、特許文献
１では、このように構成した形状可変ミラーの支持部１０９を弾性変形可能とすることで
、鏡部の変形効率を向上できることを提案している。なお、鏡部とは、鏡材１０１、鏡基
板１０５を含む部分であり、支持部１０９とは、圧電素子１０２が設けられる部分を含む
鏡部の中央側の部分である変形部と固定部１０６との間にあり、変形部を固定部１０６に
対して支持する鏡部の部分である。

また、特許文献２においても、形状可変ミラーを用いて波面収差の補正を行うことが可
能な光ピックアップ装置が提案されており、これによると、圧電膜を備えた形状可変ミラ
ーの構成の中に弾性板膜を設けたり、構成部材の一部に弾性を持たせたりすることにより
、低い印加電圧で変形量が大きい形状可変ミラーが得られることが提案されている。

ところで、形状可変ミラーを用いて収差の補正を行う場合、任意の収差量を補正するた
めには、形状可変ミラーの鏡部を大きく変形できることが要求される。この点、特許文献
１や特許文献２における形状可変ミラーは、印加される電圧に対して、鏡部の変形効率が
良くなることが提案されているが、圧電素子自体の伸縮量は非常に小さいために、印加電
圧当たりの鏡部の変形効率を大きくしても、鏡部の変形量を大きくできる割合は、さほど
大きなものではない。

また、圧電素子を積層する等して、圧電素子の伸縮量を大きくすることも考えられるが
、光ピックアップに搭載される形状可変ミラーのサイズを大きくする余地はほとんどない
。このため、外形を大きくすることなく、鏡部の変形量を大きくできる形状可変ミラーが
望まれている。
特開２００４−７０００４号公報 特開２００４−３４７７５３号公報

以上の点を鑑み、本発明の目的は、鏡面を変形させる形状可変ミラーにおいて、外形を
大きくすることなく、鏡部の変形量を大きくすることができる形状可変ミラーを提供する
ことである。また、本発明の他の目的は、鏡部の変形量を大きくした形状可変ミラーを用
いて、収差の補正を広い範囲で行うことができる光ピックアップ装置を提供することであ
る。

上記目的を達成するために本発明は、支持基板と、該支持基板と対面し、該支持基板と
反対側に鏡面を有するミラー部と、前記鏡面を変形させる圧電素子と、を有する形状可変
ミラーを備える光ピックアップ装置において、前記支持基板上には、前記ミラー部の端部
で前記ミラー部に接合される前記圧電素子が十字方向に対称に４つ配置され、前記ミラー
部に接する支持部が前記圧電素子それぞれの内側に近接して配置され、前記支持部は前記
支持基板の方向へ変形可能とするために、互いに所定の間隔を設けて配置されていること
を特徴としている。なお、ミラー部は、ミラー部の鏡面の裏面側に圧電素子を作動する電
極部が設けられている場合には、電極部も含む概念であり、以下も同様である。

また、上記目的を達成するために本発明は、支持基板と、該支持基板と対面し、該支持
基板と反対側に鏡面を有するミラー部と、前記鏡面を変形させる圧電素子と、を備える形
状可変ミラーにおいて、前記支持基板上には、前記ミラー部の外周側で前記ミラー部に接
合される前記圧電素子が十字方向に対称に４つ配置され、前記ミラー部に接する支持部が
前記圧電素子それぞれの内側に配置され、前記支持部は互いに所定の間隔を設けて配置さ
れていることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記支持部は、前記圧電素子に
近接していることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記外周側は、前記ミラー部の
端部であることを特徴としている。

また、本発明は、前記所定の間隔は、前記支持部は前記支持基板の方向へ変形可能とす
るために設けていることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーを備える光ピックアップ装置であることを
特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、鏡面を変形させる形状可変ミラーを備える光ピックアッ
プ装置において、十字方向に対称に設けられた４つの圧電素子各々の内側に近接して支持
部が設けられているために、てこの原理を利用して、外形を大きくすることなく、圧電素
子の小さな変動量をミラー部の大きな変動に変換することが可能となる。このため、鏡部
の変形量を大きくすることが可能となり、収差の補正を広い範囲で行うことができる。ま
た、圧電素子を対称に４つ設けているため、バランスよく鏡面を変形することが可能とな
り、収差の補正を的確に行うことができる。

また、本発明の第２の構成によれば、鏡面を変形させる形状可変ミラーにおいて、対称
に設けられた圧電素子のそれぞれの内側に支持部を設けているために、てこの原理を利用
して、外形を大きくすることなく、圧電素子の小さな変動量をミラー部の大きな変動に変
換でき、鏡面の変形量を大きくできる。また、圧電素子がミラー部と支持基板を固定する
役割を果たしているため、別途固定部分を設ける必要がない。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の形状可変ミラーにおいて、圧電
素子に支持部を近接させているために、支点である支持部と圧電素子の距離が短くなる一
方で、支持部と対称に配置された圧電素子間の中間点との距離が長くなり、ミラー部の変
形量を大きくできる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第３の構成の形状可変ミラーにおいて、圧電
素子がミラー部の端部に配置されているために、更に支持部と対称に配置された圧電素子
同士の中間点との距離が長くなり、ミラー部の変形量をより大きくすることができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記所定の間隔は、上記支持部は上記支持基板の
方向へ変形可能とするために設けているため、効率よく鏡面を変形することが可能となる
。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第２ないし上記第５のいずれかの構成の形状
可変ミラーを備える光ピックアップ装置において、形状可変ミラーのミラー部の変形量を
大きくすることができるため、収差の補正を広い範囲で行うことが可能となる。

以下に本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、ここで示す実施形態は一例
であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。また、図面中の各部材
の大きさや厚み、変形時の変動量等は理解を容易にする目的のためのものであり、実際の
寸法と異なる。

図１は、本発明の実施形態の形状可変ミラーを示す構成図である。図１（ａ）は、本実
施形態の形状可変ミラーを構成する各部材を分解して斜視図で示している。図１（ｂ）は
、図１（ａ）に示すａ−ａ'の位置で切った断面図である。

１は、本発明の形状可変ミラーであり、圧電素子４の縦方向の変位を利用してミラー部
３の鏡面を変形させる収差補正ミラーである。２は圧電素子４及び固定部５を取り付ける
支持基板である。支持基板２の材質としては、例えば、ガラスやセラミックス等の絶縁体
が挙げられる。支持基板２には、圧電素子４に電圧を供給するための電極穴６が設けられ
ている。

ミラー部３は、圧電素子４によって鏡面を変形され、光源から照射されてきた光ビーム
を反射する。ミラー部３は、剛性を有する物質で、また、圧電素子４に電圧を供給できる
ように、電気伝導が得られる物質から形成されることが好ましい。このようなものとして
、例えば、シリコンやアルミニウム、鉄等の金属が挙げられる。なお、電気伝導性は無い
が、ガラス等の絶縁体で形成しても構わない。ただし、ガラス等の絶縁体で形成したミラ
ー部３は、圧電素子４の導通を得るために、ミラー部３の鏡面の裏面に、例えば、金等を
蒸着することにより電極パターンを形成するか、ミラーの裏面側に電極を取り付けた構成
とする必要がある。

また、ミラー部３は、１種類の材質で構成されても構わないし、例えば、ミラー部３の
ベースにシリコンを用いて、その上に、鏡面となるアルミニウム等のコーティング層を重
ねるような構成としてもよく、また、ベースの上に複数の層を形成するようにしても構わ
ない。

ミラー部３は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ミラー部３の下部側の支持部５に接
触する部分に、突出部３ａが設けられている。このような突出部３ａを設ける必要は必ず
しもないが、ミラー部３と支持部５の接触面積を減らすのが好ましく、本実施形態のよう
にミラー部３側に突出部３ａを設けるか、又は、支持部５側上面に突出部を設けるのが好
ましい。なお、いずれに突出部を設ける場合でも、突出部の形状は、本実施例のものに限
られず、本発明の目的を逸脱しない範囲で変形可能である。

ミラー部３に突出部３ａを設ける方法としては、例えば、ミラー部３がシリコンで形成
されている場合には、ドライエッチングで形成することが可能である。なお、突出部３ａ
の形成方法は、ドライエッチングに限られず、他の方法で形成しても構わない。

圧電素子４は、図１（ａ）に示すように、支持基板２とミラー部３の間に挟まれ、支持
基板２に十字方向に対称に４つ配置されている。また、圧電素子４は、例えば、図１（ｂ
）に示すように、圧電素子４の下部側に設けられた電極穴６により個別電極（図示しない
）と接続されている。一方、圧電素子４の上部側は、共通電極の役割も果たすミラー部３
の突出部３ａと接している。これにより、圧電素子４の伸縮が可能となる。なお、上述の
ように、ミラー部３が絶縁体で構成される場合には、例えば、ミラー部３の裏面に電極層
を蒸着するなどして、ミラー部３に電極を設け、これが共通電極となる。

圧電素子４は、ミラー部３と接合されており、駆動してミラー部３を変形する役割と、
ミラー部３を支持基板２に固定する役割の両方の機能を兼ね備えている。このため、圧電
素子４の高さは、ミラー部３の固定位置での高さを揃えるために、同一の高さに揃えるの
が好ましい。

本実施形態に用いられる圧電素子４の材料としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコ
ン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃）のような圧電セラミックスでも、ポリフッ化ビニリ
デンのような圧電高分子等でもよいが、強度が強い圧電セラミックスが好ましい。

なお、圧電素子４の形状は、本実施形態では、角柱状としたが、この形態に限定される
ものではなく、例えば、円柱状等でも構わない。また、圧電素子４の数と配置は、本実施
形態に示した形態に限定されるものではないが、支持部５との組み合わせで、てこの原理
を利用してミラー部３の変形量を増大する関係上、圧電素子４は対称に配置される必要が
あり、偶数個必要となる。ただし、形状可変ミラー１のサイズ等を考慮すると圧電素子４
の数をあまり多くできず、また、ミラー部３の鏡面を一部に偏って変形することが無い様
にするため、本実施形態のように、十字方向に対称に４つ配置するのが好ましい。

支持部５は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、支持基板２とミラー部３の間に挟まれ、
十字方向に対称に配置された圧電素子４の内側に配置されており、支持部５の上面は、ミ
ラー部３の突出部３ａと接している。突出部３ａと支持部５は、必ずしも接合されている
必要はない。突出部３ａと支持部５が接合されていない方が、圧電素子４の駆動によりミ
ラー部３が変形する際に、鏡面の局所部分に歪みが発生しない点で好ましい。

なお、本実施形態においては、支持部５は、支持基板２と分離した状態であるが、支持
基板２と支持部５は一体型でもよく、その他、本発明の目的を逸脱しない範囲で、形状等
の変更が可能である。また、固定部５の高さは、ミラー部３の鏡面に歪みが発生するのを
防止するため、同一高さに揃えるのが好ましく、固定部５と圧電素子４の高さの関係も歪
みが発生しないように調整するのが好ましい。

本実施形態では、形状可変ミラー１の形態として、図１に示すように全体が直方体形状
のものを示したが、特にこの形状に制限されるものでなく、本発明の目的を逸脱しない範
囲で変更が可能である。例えば、支持基板２やミラー部３等が円形に構成されていてもよ
く、ミラー部３と比較して支持基板２の方が大きい構成等にしてもよい。

上記のように構成された形状可変ミラー１の動作について、図２を用いて説明する。形
状可変ミラー１は、例えば、圧電素子４の駆動に伴い、図２（ａ）から（ｃ）の様に変動
する。ここで、図２（ａ）から（ｃ）は、形状可変ミラー１を図１（ａ）に示すａ−ａ'
の位置で切った断面図である。

図２（ａ）は、圧電素子４に電圧が印加されていない状態である。圧電素子４は、電
圧を印加すると伸縮する。図２（ｂ）は、左右の圧電素子４が縮んだ状態を示しており、
圧電素子４が縮んだ場合、ミラー部３は、ミラー部３の圧電素子４に固定される部分が引
き下げられ、その他の部分は支持部５の存在により引き上げられるので凸状の形態になる
。一方、図２（ｃ）は左右の圧電素子４が伸びた状態を示しており、圧電素子４が伸びる
と、支持部５に接合されたミラー部３は、支持部５に引っ張られて凹面形状となる。なお
、圧電素子４の伸縮の組み合わせは、ここに示したものに限られず、例えば、図２におけ
る左右の圧電素子４のいずれか一方が伸び、他方が縮むような場合等も可能である。

本実施形態においては、前述のように支持部５とミラー部３は接合されていても、接合
されていなくても構わないが、接合されていない場合には、左右の圧電素子４が伸びた場
合に、ミラー部３は上方に持ち上げられるだけで、図２（ｃ）のような形状には変形しな
い。このため、例えば、ミラー部３を図４に示すように予め凹んだ形状としておくのがよ
い。このようにしておくと、圧電素子４が伸びた場合に、ミラー部３は元の状態である凹
んだ形状に戻ろうとするため、圧電素子４が変形する。すなわち、圧電素子４が伸びた場
合だけでなく、縮んだ場合にもミラー部３の変形が可能となり、ミラー部３の変形量を十
分確保することが可能となる。

なお、図４は、形状可変ミラー１を、図１（ａ）に示すａ−ａ'の位置で切った断面図
と同様の状態を示した図であり、ミラー部３を圧電素子４に固定する前の状態を示してい
る。ミラー部３と圧電素子４が固定された場合、圧電素子４が駆動していない時は、ミラ
ー部３は支持部５に持ち上げられて、例えば、平板状の形態となる。なお、凹面形状のミ
ラー部３は、例えば、熱収縮率の大きい素材を上にして、２層以上の構造になるように重
ね合わせることで形成できる。具体的には、例えば、ベース部にシリコンを用い、高温下
で、鏡面部を形成するアルミニウムを蒸着する等の処理をし、その後冷却すると、アルミ
ニウムの方が、熱収縮率が大きいので、凹面形状のミラーが得られる。

本実施形態のように、支点となる支持部５の外側に力点となる圧電素子４を配置する構
成にした場合、例えば、図３のように、ミラー部３を固定する固定部７の内側に圧電素子
４を配置する構成にした場合に比べ、てこの原理により、圧電素子４の小さな動きをミラ
ー部３の大きな動きに変換するのに適した構造となる。このため、例えば、図２（ｂ）の
ように左右両方の圧電素子４が縮んだ場合、圧電素子４の収縮量が小さいにもかかわらず
、ミラー部３の中心部の大きな変動量を得ることが可能となる。すなわち、本発明の構成
によれば、形状可変ミラー１の外形を大きくすることなく、ミラー部３の変形量を大きく
することが可能となる。

なお、本実施形態では、てこの原理を利用して、圧電素子４の小さな変動をミラー部３
の大きな変動とする構成であるために、支点となる支持部５と圧電素子４は、近接して配
置するのが好ましい。また、支持部５と近接された圧電素子４は、ミラー部３の端部に配
置するのがより好ましい。これにより、ミラー部３内で最も大きな変動をするミラー部３
の中心と支点となる支持部５の距離がより大きくなり、ミラー部３の変動量がより大きく
なる。

次に、本発明の形状可変ミラーを用いた光ピックアップ装置１１の実施形態について説
明する。本発明の形状可変ミラー１を含む光ピックアップ装置１１の光学系としては、例
えば図５のように構成される。なお、光ピックアップ装置１１の光学系としては、本発明
の目的を逸脱しない範囲で他の構成とすることも可能である。

図５に示す光ピックアップ装置１１は、半導体レーザ１２と、コリメートレンズ１３と
、ビームスプリッタ１４と、本発明の形状可変ミラー１と、１／４波長板１５と、対物レ
ンズ１６と、集光レンズ１８と、光検出器１９とを備えている。

半導体レーザ１２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１３で平行光に変換さ
れ、この平行光は、ビームスプリッタ１４を通過して、1／４波長板１５でレーザ光の偏
光状態を変化された後に、形状可変ミラー１で反射され、対物レンズ１６で集光されて光
ディスク１７に焦点を合わせる。また、光ディスク１７から反射されたレーザ光は、対物
レンズ１６を通過後、形状可変ミラー１で反射されて、1／４波長板１５を通過し、ビー
ムスプリッタ１４を介して、集光レンズ１８によって集光されて、光検出器１９に導かれ
る。

本実施形態において、形状可変ミラー１は、１つは、従来の立ち上げミラーの役割を果
たしている。一方で、この光学系では、例えば、光ディスク１７がレーザ光の光軸と垂直
の状態から傾くと、前述のようにコマ収差が発生するため、このコマ収差を補正するため
に、形状可変ミラー１の鏡面を変形させて、収差の補正を行う役割も果たしている。すな
わち、光検出器１９で得られた信号に基づいて、コマ収差等の波面収差の補正が必要な場
合には、光ピックアップ装置１１に備えられる制御部（図示せず）から形状可変ミラー１
に信号が送られて、収差を補正するようにミラー部３の鏡面が変形される。そして、本発
明の形状可変ミラー１は、構成の工夫によりミラー部３の変形量を大きくできるために、
収差の補正を広い範囲で行うことが可能となる。

本発明では、鏡面を変形させる形状可変ミラーにおいて、圧電素子の配置と支持部の導
入により、光ピックアップ装置に用いられる形状可変ミラーの外形を大きくすることなく
、鏡面の変形量を大きくできる。

また、本発明の形状可変ミラーを用いた光ピックアップ装置は、形状可変ミラーの鏡面
の変形量を大きくできるため、収差の補正を広い範囲で行うことが可能となる。

は、本実施形態の形状可変ミラーの構成図である。 は、本実施形態の形状可変ミラーの動作を説明する説明図である。 は、本実施形態の形状可変ミラーと比較のために、本実施形態と異なる構成を示した説明図である。 は、本実施形態の形状可変ミラーにおけるミラー部の形状の変形例を示す説明図である。 は、本実施形態の光ピックアップ装置の光学系を示す概略図である。 は、従来の形状可変ミラーの構成を示す図である。

符号の説明

１ 形状可変ミラー
２ 支持基板
３ ミラー部
４ 圧電素子
５ 支持部
１１ 光ピックアップ装置

Claims (6)

1. 支持基板と、該支持基板と対面し、該支持基板と反対側に鏡面を有するミラー部と、前
   記鏡面を変形させる圧電素子と、を有する形状可変ミラーを備える光ピックアップ装置に
   おいて、
   前記支持基板上には、前記ミラー部の端部で前記ミラー部に接合される前記圧電素子が
   十字方向に対称に４つ配置され、前記ミラー部に接する支持部が前記圧電素子それぞれの
   内側に近接して配置され、
   前記支持部は前記支持基板の方向へ変形可能とするために、互いに所定の間隔を設けて
   配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 支持基板と、該支持基板と対面し、該支持基板と反対側に鏡面を有するミラー部と、前
   記鏡面を変形させる圧電素子と、を備える形状可変ミラーにおいて、
   前記支持基板上には、前記ミラー部の外周側で前記ミラー部に接合される前記圧電素子
   が十字方向に対称に４つ配置され、前記ミラー部に接する支持部が前記圧電素子それぞれ
   の内側に配置され、
   前記支持部は互いに所定の間隔を設けて配置されていることを特徴とする形状可変ミラ
   ー。
3. 前記支持部は、前記圧電素子に近接していることを特徴とする請求項２に記載の形状可
   変ミラー。
4. 前記外周側は、前記ミラー部の端部であることを特徴とする請求項３に記載の形状可変
   ミラー。
5. 前記所定の間隔は、前記支持部は前記支持基板の方向へ変形可能とするために設けてい
   ることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の形状可変ミラー。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の形状可変ミラーを備えることを特徴とする
   光ピックアップ装置。

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