JP2006351156A - 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

Abstract

【課題】 鏡面を変形させる形状可変ミラーにおいて、形状可変ミラーを構成する構成
部材間の接合強度を増大し、装置強度の面で信頼性が高く、部品点数を増やさないように
構成した形状可変ミラーを提供する。
【解決手段】 鏡面を変形させる形状可変ミラー１において、ミラー部３と圧電素子４
が接合される各接合面、及び、圧電素子４と支持基板２とが接合される各接合面には、Ａ
ｕの薄層が蒸着されており、各接合は４００℃以上５００℃以下の高温で圧着することに
より行われる。これにより、ミラー部３と圧電素子４及び圧電素子４と支持基板２の接合
強度が増大する。
【選択図】 図１

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
可変ミラーを構成する圧電素子と他の部材との接合強度に関する。また、本発明は、接合
強度の改善が行われた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。このような、波面収差を補正する手段として、従来、
形状可変ミラーを用いた収差補正手段が、いくつか提案されている。

例えば、特許文献１においては、形状可変ミラーのミラー自体を複数のアクチュエータ
で変形させて位相制御する方法が提案されている。ただし、光ピックアップ装置等の小さ
い部品に用いるには配線など考慮がされておらず、また、アクチュエータとして用いられ
る積層型圧電素子を小型化するのは、技術的にもコスト的にも困難である。

また、特許文献２の中では、圧電素子を使用したユニモルフまたはバイモルフ形状の波
面収差補正ミラーによって波面収差の補正を行うのが、低電圧で小型化にも有利であるこ
とが紹介されている。そして、このような形状で構成される形状可変ミラーについて、ミ
ラーと圧電素子が接着剤で接合されていることが紹介されている。
特開平５−３３３２７４号公報 特開２００４−１０９５６２号公報

しかしながら、光ピックアップ装置において波面収差の補正を行うために、図４に示す
ような圧電素子の縦方向の変位を利用してミラー面を変形させる形状可変ミラー１０１を
備える場合には以下のような問題が発生する。なお、図４は、形状可変ミラー１０１を構
成する各部材を分解して斜視図で示したものである。

例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃）で形成される圧
電素子１０４を、シリコンで形成されるミラー部１０３とガラスで形成される支持基板１
０２の両方に接合しようとする場合、熱接合すると、物性の違いから各接合部の接合強度
は不十分となる。この場合、圧電素子１０４が駆動して、図５に示すようにミラー部１０
３の鏡面を変形させるときには、圧電素子１０４とミラー部１０３の接合部１０５ａ及び
圧電素子１０４と支持基板１０２の接合部１０５ｂには負荷がかかる。なお、図５は、図
４のｂ−ｂ’の位置で切った断面図であり、左右の圧電素子１０４が伸びた状態を示して
いる。

このため、接合不十分の場合、圧電素子１０４の駆動により、圧電素子１０４とミラー
部１０３の接合、又は圧電素子１０４と支持基板１０２の接合が外れてしまう可能性が大
きくなり、装置強度の面で形状可変ミラーの信頼性が低下する。また、圧電素子４の伸縮
量を大きくすると、接合部１０５ａ、１０５ｂにかかる負荷が大きくなるので、圧電素子
１０４の伸縮量を大きくできず、収差の補正ができる範囲が狭くなるという問題がある。

このため、特許文献２に紹介されているように、ミラー部１０３と圧電素子１０４の接
合強度を増大させるために、両者の間に接着剤を用いることが考えられる。しかし、導通
性を有するシリコンでミラー部１０３を形成する場合、別途電極を設ける必要が無いにも
関わらず、ミラー部１０３と圧電素子１０４の間に接着剤を用いると、ミラー部１０３と
圧電素子１０４との間の導通が取れなくなるために、別途電極部を設ける必要が発生する
。すなわち、接着剤を用いることにより、形状可変ミラーの構成が複雑なものとなり、部
品点数の増加を招くという問題が発生する。

上記の点に鑑み、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、圧電素
子とミラー部と、又は、圧電素子と圧電素子が配置される支持基板との接合強度を増大し
、装置強度面で信頼性が高く、部品点数を増やさないように構成した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、鏡面を変形させる形状可変ミラーにおい
て、前述の装置信頼性の高い形状可変ミラーの組み立てが容易になるように構成した形状
可変ミラーを提供することである。更に、本発明の他の目的は、そのような信頼性が高く
、装置の組み立てが容易な形状可変ミラーを備え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、前記支持基板と前記ミラー部に挟まれ、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
記支持基板上に設けられた凸部と前記圧電素子との接合部及び前記圧電素子と前記ミラー
部に設けられた凸部との接合部を形成する各部材の接合面は、Ａｕの薄層を有し、前記接
合部は４００℃以上５００℃以下の温度で圧着されることを特徴としている。

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、前記支持基板と前記ミラー部に挟まれ、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、前記支持基板と前記圧電
素子との接合部及び／又は前記圧電素子と前記ミラー部との接合部を形成する各部材の接
合面の少なくとも一方が、金属の薄層を有し、前記接合部は加熱状態で圧着されることを
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、前記支持基板及び／又は前記ミ
ラー部は、前記接合部が凸状に設けら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、前記金属の薄層は、Ａｕの薄層
であり、前記接合部は４００℃以上５００℃以下の温度で圧着され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、圧電素子とミラー部及び支持基板との接合が金属層の介入により接合強
度を増すために、形状可変ミラーの装置強度面での信頼性が向上すると共に、光ピックア
ップ装置の信頼性も向上する。また、ミラー部と支持基板の接合部を凸上に設けているた
めに、各部材に金属の薄層を設ける際に、各部材をマスクする工程を省略でき、プロセス
加工しやすくなる。更に、接合強度の増大に用いられる金属の薄層は導電性を有している
ために、ミラー部及び支持基板上に別途電極を取り付ける必要がなく、配線を簡略化でき
、部品点数を減らすことが可能となる。

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、圧電
素子とミラー部及び支持基板との接合部の強度が、金属層を介入させることで増大するた
めに、接合部に接着剤を用いることなく、装置強度面で信頼性の高い形状可変ミラーを提
供できる。また、接合強度の増大に用いられる金属の薄層は導電性を有しているために、
ミラー部及び支持基板上に別途電極を取り付ける必要がなく、配線を簡略化でき、部品点
数を減らすことが可能となる。

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、ミラ
ー部と支持基板の接合部を凸上に設けておくと、各部材に金属の薄層を設ける際に、各部
材をマスクする工程を省略でき、プロセス加工しやすくできる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２又は第３の構成の形状可変ミラーにおい
て、圧電素子とミラー部及び支持基板との接合の接合強度を大きく向上でき、また、比較
的安価に強度の向上が実現できる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第２ないし第４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、形状可変ミラーが装置強度の面で高い信頼
性を得ることができるため、収差の補正を行うことが可能な光ピックアップ装置の装置信
頼性も向上する。また、光ピックアップ装置の部品点数を減らし、プロセス加工をしやす
くできる。

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、変形時の変位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１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。

３は、光源から照射されてきた光ビームを反射するミラー部である。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場合には、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の裏面に電極パターンを形成する等の必要が生じる。

なお、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。

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上に、十字方向に対称に４つ配置されている。圧電素子４は、加えられる電圧の向
きによって、伸びたり縮んだりする。圧電素子４へ電圧を供給する電極は、例えば、導体
であるミラー部３が共通電極となり、支持基板２上にパターニングされた電極が個別電極
となる。圧電素子４の素材としては、例えば、ＰＺＴのような圧電セラミックスが挙げら
れるが、これに限定されるものではない。

なお、圧電素子４の形状は、本実施形態では、角柱状であるが、本発明の目的を逸脱し
ない範囲で変形可能であり、例えば、円柱状等でも構わないし、ミラー部３や支持基板２
と接触する部分を凸状に設けたような形状等でも構わない。また、圧電素子４の数及び配
置方法は、本実施形態に示したものに限定されるものではない。ただし、ミラー部３の鏡
面の変形を各位置で均等に行うために、圧電素子４の配置の仕方としては、対称に複数配
置するのが好ましく、ミラー部３のサイズ等を考慮すると十字方向に対称に４つ配置する
のがより好ましい。また、圧電素子４を複数設ける場合には、ミラー部３の鏡面に歪みが
発生するのを防止するように、各圧電素子の高さを調整するのが好ましい。

５は固定部であり、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の外側に配置され、固定部５の上面で、ミ
ラー部３と接合される。なお、本実施形態においては、固定部５は、支持基板２と分離し
た状態であるが、支持基板２と固定部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。

なお、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構わない。

次に、本発明の圧電素子４とミラー部３との接合及び、圧電素子４と支持基板２との接
合について、各部材の間の接合強度を向上させる構成について、図２を用いて説明する。
なお、図２は、図１（ｂ）の断面図において、圧電素子４とミラー部３及び圧電素子４と
支持基板２が接合される前の状態を示している。

例えば、本実施形態では、ＰＺＴで構成された圧電素子４の上面４ａと下面４ｂに、Ａ
ｕの薄層７が設けられている。また、シリコンからなるミラー部３の下面３ａとガラスか
らなる支持基板２の上面２ａにも、Ａｕの薄層７が設けられている。すなわち、接合部の
接合前の材料構成としては、ミラー部３と圧電素子４の接合部では、シリコン−Ａｕ−Ｐ
ＺＴとなり、圧電素子４と支持基板２の接合部では、ＰＺＴ−Ａｕ−シリコンとなる。

なお、これらのＡｕの薄層７は、いずれの手段によって設けても構わないが、例えば、
蒸着やスパッタなどによって設けられる。

Ａｕの薄層７を設けた位置を接合面として、各部材が接合されるが、この際、各部材は
、加熱しながら圧着することで接合される。圧着時の温度としては、４００℃以上、５０
０℃以下が好ましい。例えば、以下に示すように、加熱温度が４５０℃の場合に比べ、加
熱温度が上昇すると共に接合強度が低下する。また、温度が３７０℃より低い温度では、
接合が不十分となる。なお、接合強度の測定は、引張試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ社製 Ｍｉ
ｃｒｏ Ｔｅｓｔｅｒ Ｍｏｄｅｌ ５８４８）を用いて行った。

本実施形態では、支持基板２をガラス、ミラー部３をシリコン、圧電素子４をＰＺＴ、
各部材の接合面に蒸着等される金属をＡｕで構成しているが、各部材等の材質はこれらに
限られる趣旨ではない。本発明の目的である接合部の強度増大を図ることができれば、他
の材料に変更可能である。すなわち、支持基板２、ミラー部３及び圧電素子４に、蒸着等
される金属はＡｕに限らず、例えばＰｔ、Ｐｄ等でも構わないし、また、例えば、Ａｕと
Ｐｄ等の合金でも構わない。更に、ミラー部３もシリコンに限らず、Ａｌ等で構成しても
構わず、圧電素子４もＰＺＴ以外の圧電セラミックス等でも構わない。

また、本実施形態では、接合部を構成する各部材、例えば、ミラー部３の下面３ａと圧
電素子４の上面４ａといった両方の接合面に、金属の薄層７を設ける構成としたが、必ず
しも両方の接合面に金属の薄層７を設ける必要はなく、いずれか一方にのみ金属の薄層７
を設ける構成としても構わない。更に、本実施形態では、固定部５とミラー部３の接合面
について、金属の薄層７を蒸着等する構成としていないが、接合強度向上を目的として、
この部分に金属の薄層７を蒸着等して、接合する構成としても構わない。

本実施形態のように、ミラー部３と圧電素子４、及び圧電素子４と支持基板２の接合強
度の向上を狙って、各部材の接合面にＡｕの薄層７を設けると、Ａｕは電気伝導率が高い
ために、圧電素子４に電圧を供給するために、別途電極を設ける必要がなくなる。すなわ
ち、圧電素子４の上部側ではＡｕを介してシリコン面が共通電極となり、圧電素子４の下
部側では、ガラス面にＡｕが蒸着されているために、これが電極パターンとなって、個別
に電極をとることが可能となる。

本実施形態では、図１に示すように、支持基板２及びミラー部３が、圧電素子４と接合
する部分２ａ及び３ａを凸状に設けているが、必ずしも、このように凸部を設ける形態に
限定する趣旨ではない。ただし、以下の理由により支持基板２及びミラー部３の接合部分
が凸状に設けられているのが好ましい。すなわち、例えば、支持基板２やミラー部３の接
合面にＡｕを蒸着するような場合、通常は、圧電素子４が配置されない部分にはＡｕが蒸
着されないようにマスクを施す必要があるが、本実施形態のように接合部分を凸状に設け
ておくと、マスクを施さずにＡｕの蒸着が可能となり、形状可変ミラー１の組み立て工程
が容易になる。

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についての実施形態に
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３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３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、形状可変ミラー１で反射され、1
／４波長板１５でレーザ光の偏光状態を変化された後に、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、1／４波長板１５を通過後、形状可変ミラー１で反射されて、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。

本発明の形状可変ミラー１は、形状可変ミラー１を構成する各部材の接合強度を向上し
ているために、装置強度の面で信頼性が高く、また、圧電素子４の伸縮量をある程度稼ぐ
ことが可能となる。このため、そのような形状可変ミラー１を備える光ピックアップ装置
１１は、装置信頼性が高いと共に、収差の補正が的確に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、圧電素子とミラー部及び圧電
素子と支持基板の接合部の強度を増大するために、各部材の間に金属層を設けている。こ
れにより、装置強度の面で信頼性の高い形状可変ミラーを提供できる。

また、接合強度の増大に用いられる金属の薄層は導電性を有しているために、接合強度
を増大する構成とすることに伴って、圧電素子に電圧を供給するための電極をミラー部及
び支持基板上に別途設ける必要がないばかりか、配線の簡略化、部品点数の減少を実現で
きる。

また、ミラー部と支持基板の接合部の形状に工夫をしているため、各部材に金属層を蒸
着等する際の工程を簡略化でき、プロセス加工しやすくできる。

また、本発明の光ピックアップ装置は、収差補正のために導入される形状可変ミラーの
装置信頼性が高く、鏡面の変形量もある程度大きくできる構成であるため、収差の補正を
的確に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構成を説明するための説明図である。 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、形状可変ミラーの接合強度が問題となる場合を説明するための形状可変ミラーの斜視図である。 は、形状可変ミラーの接合強度が問題となる場合を説明するための形状可変ミラーの断面図である。

符号の説明

１ 形状可変ミラー
２ 支持基板
２ａ 支持基板の接合面
３ ミラー部
４ 圧電素子
５ 固定部
７ Ａｕの薄層
１１ 光ピックアップ装置

Claims (5)

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
   記支持基板と前記ミラー部に挟まれ、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、
   前記支持基板上に設けられた凸部と前記圧電素子との接合部及び前記圧電素子と前記ミラ
   ー部に設けられた凸部との接合部を形成する各部材の接合面は、Ａｕの薄層を有し、前記
   接合部は４００℃以上５００℃以下の温度で圧着され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
   記支持基板と前記ミラー部に挟まれ、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、
   前記支持基板と前記圧電素子との接合部及び／又は前記圧電素子と前記ミラー部との接合
   部を形成する各部材の接合面の少なくとも一方が、金属の薄層を有し、前記接合部は加熱
   状態で圧着されることを特徴とする形状可変ミラー。
3. 前記支持基板及び／又は前記ミラー部は、前記接合部が凸状に設けられていることを特
   徴とする請求項２に記載の形状可変ミラー。
4. 前記金属の薄層は、Ａｕの薄層であり、前記接合部は４００℃以上５００℃以下の温度
   で圧着されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の形状可変ミラー。
5. 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を備える光ピックアップ装
   置。

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