JP2008084502A - 形状可変ミラー及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造容易・簡単・コンパクトな構成でありながら反射面の高精度化・微細化が可能であり、反射面を非回転対称に大きく変形させることの可能な形状可変ミラーと光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】形状可変ミラー１は、表面に反射層５を有する弾性変形可能な膜状のミラー部２と、そのミラー部２を保持するホルダー部３とを備えている。ミラー部２は、高弾性膜４の表面に反射層５が形成された構成になっている。ホルダー部３に凹部６ｃが形成されており、その凹部６ｃの開口がミラー部２の裏面で密閉されて凹部６ｃとミラー部２との間に空気で満たされたキャビティ６ａが構成されている。キャビティ６ａ内の空気量の増加又は減少によりキャビティ６ａの体積が膨張又は収縮し、その際のミラー部２の弾性変形により反射層５が凸形状又は凹形状の反射面を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は形状可変ミラー及び光ピックアップ装置に関するものであり、例えば、光ピックアップ装置に立ち上げミラーとして用いられる形状可変ミラー等に関するものである。

光ピックアップ装置において、複数の層を有する光ディスク、規格に応じて記録面位置の異なった複数種類の光ディスク等に対応しようとすると、それぞれの記録面位置に応じてレーザビームの結像位置を微調整する必要がある。一般的な光ピックアップ装置には、光路を垂直又は略垂直に折り曲げる立ち上げミラーが搭載されるため、その立ち上げミラーとして形状可変ミラーを用いれば上記微調整は可能である。

形状可変ミラーとしては、従来より様々なタイプのものが提案されている。例えば特許文献１で提案されている形状可変ミラーは、弾性体から成るミラーに機械的な力を加えて反射面を変形させる構成になっている。また、特許文献２では圧電駆動で反射面を変形させる形状可変ミラーが提案されており、特許文献３では静電駆動で反射面を変形させる形状可変ミラーが提案されている。
特開昭６０−１１４８０２号公報 特開２００６−１０８１３号公報 特開２００４−２５２３１４号公報

しかしながら、特許文献１記載の形状可変ミラーのように、容器に入れた弾性体に力を加えて反射面を変形させる構成では、形状可変ミラー全体の小型化が困難であり、反射面の高精度化や微細化も困難である。また、反射面を大きく変形させることもできない。特許文献２，３記載の形状可変ミラーのように、圧電駆動や静電駆動で反射面を変形させる構成では、電気的な部品点数が多くなって構造が複雑化するため、装置全体の大型化やコストアップを招いてしまい、反射面を非回転対称に大きく変形させることもできない。また、実際の製造においては、高品質でショートしていない圧電膜等を作製することが困難であり、複雑で作製困難な櫛歯形状のジグ等が必要になるといった問題もある。したがって、製造の点からも大幅なコストアップは避けられない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造の容易な簡単かつコンパクトな構成でありながら反射面の高精度化・微細化が可能であり、しかも反射面を非回転対称に大きく変形させることの可能な形状可変ミラーと、それを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の光ピックアップ装置は、光路を垂直又は略垂直に折り曲げる立ち上げミラーとして形状可変ミラーを備えた光ピックアップ装置であって、前記形状可変ミラーが、高弾性の樹脂膜の表面に金属蒸着により反射層を形成して成る弾性変形可能な膜状のミラー部と、そのミラー部を保持するホルダー部と、を有しており、前記ホルダー部に凹部が形成されており、その凹部の開口が前記ミラー部の裏面で密閉されて前記凹部と前記ミラー部との間に流体で満たされたキャビティが構成されており、前記凹部の開口サイズ又は前記ミラー部の膜厚分布が前記反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっており、前記ホルダー部の外部と前記キャビティとの間で前記流体を移動させるためのチャネルが前記ホルダー部に形成されており、そのチャネルを介した前記キャビティに対する流体の流入又は流出により前記キャビティ内の流体量を増加又は減少させて、前記キャビティの体積が膨張又は収縮する際の前記ミラー部の弾性変形により、前記反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成することを特徴とする。

第２の発明の形状可変ミラーは、表面に反射層を有する弾性変形可能な膜状のミラー部と、そのミラー部を保持するホルダー部と、を備えた形状可変ミラーであって、前記ホルダー部に凹部が形成されており、その凹部の開口が前記ミラー部の裏面で密閉されて前記凹部と前記ミラー部との間に流体で満たされたキャビティが構成されており、前記凹部の開口サイズが前記反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっており、前記キャビティ内の流体量の増加又は減少により前記キャビティの体積が膨張又は収縮し、その際の前記ミラー部の弾性変形により前記反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成することを特徴とする。

第３の発明の形状可変ミラーは、上記第２の発明において、前記凹部の開口形状が楕円形又は多角形であることを特徴とする。

第４の発明の形状可変ミラーは、表面に反射層を有する弾性変形可能な膜状のミラー部と、そのミラー部を保持するホルダー部と、を備えた形状可変ミラーであって、前記ホルダー部に凹部が形成されており、その凹部の開口が前記ミラー部の裏面で密閉されて前記凹部と前記ミラー部との間に流体で満たされたキャビティが構成されており、前記ミラー部の膜厚分布が前記反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっており、前記キャビティ内の流体量の増加又は減少により前記キャビティの体積が膨張又は収縮し、その際の前記ミラー部の弾性変形により前記反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成することを特徴とする。

第５の発明の形状可変ミラーは、上記第４の発明において、前記ミラー部の膜厚分布が少なくとも１方向について連続的に変化していることを特徴とする。

第６の発明の形状可変ミラーは、上記第４の発明において、前記ミラー部の膜厚分布が少なくとも１方向について前記キャビティ側で局所的に変化していることを特徴とする。

第７の発明の形状可変ミラーは、上記第２〜第６のいずれか１つの発明において、前記ミラー部が、高弾性膜の表面に前記反射層を形成して成るものであることを特徴とする。

第８の発明の形状可変ミラーは、上記第２〜第７のいずれか１つの発明において、前記ホルダー部の外部と前記キャビティとの間で前記流体を移動させるためのチャネルが、前記ホルダー部に形成されていることを特徴とする。

第９の発明の反射光学装置は、上記第２〜第８のいずれか１つの発明に係る形状可変ミラーと、前記キャビティ内の流体量の増加又は減少を前記キャビティに対する流体の流入又は流出により行うアクチュエータと、を有することを特徴とする。

第１０の発明の光ピックアップ装置は、上記第９の発明に係る反射光学装置を備えたことを特徴とする。

第１１の発明の形状可変ミラーの製造方法は、上記第２〜第８のいずれか１つの発明に係る形状可変ミラーの製造方法であって、前記ホルダー部の一部となる第１ウェハの裏面に、前記流体を移動させるためのチャネルをウェハ厚の途中までのエッチングにより形成し、前記第１ウェハの表面に前記ミラー部を構成する高弾性膜をスピンコートにより形成し、前記第１ウェハの裏面に前記高弾性膜まで達するキャビティをエッチングにより形成し、前記ホルダー部の一部となる第２ウェハを前記第１ウェハの裏面に接着し、前記高弾性膜の表面に前記反射層を形成することを特徴とする。

本発明によれば、ホルダー部に形成されている凹部とミラー部との間のキャビティ内の流体量の増加又は減少によりキャビティの体積が膨張又は収縮し、その際のミラー部の弾性変形により反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成するので、反射面を変形させるために構造を複雑化する必要がなく、反射面の大きさや形状を高い精度で制御することが可能である。したがって、製造の容易な簡単かつコンパクトな構成でありながら反射面の高精度化・微細化が可能である。また、ホルダー部に形成されている凹部でキャビティが構成されているので、ミラー部の構造を簡単にすることができ、反射面の高精度化・微細化が更に容易になる。しかも、凹部の開口サイズ又はミラー部の膜厚分布が反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっているため、反射面を非回転対称に大きく変形させることが可能である。そして、本発明に係る形状可変ミラーを、例えば光ピックアップ装置の立ち上げミラーとして用いれば、記録面位置に応じてレーザビームの結像位置を微調整することができるので、複数の層を有する光ディスク、規格に応じて記録面位置の異なった複数種類の光ディスク等に対応することが可能である。

凹部の開口サイズが反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なった構成において、凹部の開口形状を楕円形又は多角形(例えば長方形)とすれば、必要とされる反射面形状に対応することができる。ミラー部の膜厚分布が反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なった構成において、ミラー部の膜厚分布が少なくとも１方向について連続的に変化するようにすれば、より滑らかな反射面形状を得ることができる。また、ミラー部の膜厚分布が少なくとも１方向についてキャビティ側で局所的に変化するようにすれば、曲率変化の大きい滑らかな反射面形状を得ることができる。

ホルダー部にその外部とキャビティとの間で流体を移動させるためのチャネルを形成すれば、形状可変ミラーの外部から流体量の増加又は減少を調整することにより、ミラー部の裏面とホルダー部との間のキャビティの体積を膨張又は収縮させることができる。したがって、形状可変ミラーの構造を更に簡単でコンパクトにすることができる。例えば、アクチュエータでキャビティに対する流体の流入又は流出を行えば、形状可変ミラーの外部から流体量の増加又は減少の調整を簡単に行うことができる。

以下、本発明に係る形状可変ミラー及び光ピックアップ装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明に係る形状可変ミラーの用途は光ピックアップ装置に限らない。例えば、デジタルカメラ，プロジェクター，光学スキャナー等の光学機器；情報機器(携帯電話，携帯情報端末，モバイルコンピュータ等)に内蔵又は外付けされるカメラ等にも適用可能である。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。

まず、各実施の形態の基本形となる形状可変ミラー１を説明する。図５に、形状可変ミラー１の外観及び内部の構造を示し、図６に、形状可変ミラー１を備えた光ピックアップ装置９の概略光学構成例を模式的に示す。図５(Ａ)は形状可変ミラー１の平面図であり、図５(Ｂ)は形状可変ミラー１の側面図である。また図５(Ｃ)は、図５(Ａ)におけるｘ−ｘ’線断面図である。図６に示す光ピックアップ装置９は、形状可変ミラー１(図５)，その反射面を変形させるアクチュエータ１１等で構成された反射光学装置１０を備えている。さらに、その他の光学要素として、半導体レーザ１２，コリメータレンズ１３，偏光ビームスプリッター１４，１／４波長板１５，対物レンズ１６，集光レンズ１８，光検出器１９等を備えている。

図６に示す光ピックアップ装置９において、半導体レーザ１２から出射したレーザビームは、コリメータレンズ１３で平行光となり、偏光ビームスプリッター１４と１／４波長板１５を順に透過した後、形状可変ミラー１で反射される。そして、対物レンズ１６で集光されて光ディスク１７の記録面に到達する。光ディスク１７の記録面で反射されたレーザビームは、対物レンズ１６を通過した後、形状可変ミラー１で反射される。そして、１／４波長板１５を透過し、偏光ビームスプリッター１４で反射された後、集光レンズ１８で集光されて光検出器１９に到達する。光検出器１９は、受光したレーザビームの光情報を電気信号として出力する。

形状可変ミラー１は、図６に示すように、光ピックアップ装置９の立ち上げミラーとしての使用に適している。立ち上げミラーは、光路を垂直又は略垂直に折り曲げることにより、光ディスクの記録面に対し垂直又は略垂直にレーザビームを反射させ、光ディスクからの戻り光を光ディスクの記録面に対し平行又は略平行に反射させるものである。図５に示す形状可変ミラー１は、以下に説明するようにパワーが可変の反射面を有している。このため、形状可変ミラー１を立ち上げミラーとして使用すれば、対物レンズ１６に入射させるレーザビームの集光度合いを変化させて、その結像位置を微調整することが可能であり、また効果的な収差補正も可能である。

図５に示す形状可変ミラー１は、表面に反射層５を有する弾性変形可能な膜状のミラー部２と、そのミラー部２を保持するホルダー部３と、を備えている。ミラー部２は、高弾性膜４の表面に反射層５が形成された構成になっている。高弾性膜４としては、例えば柔らかく高弾性の樹脂膜が用いられる。高弾性膜４の材料としては、例えばポリジメチルシロキサン(ＰＤＭＳ)が挙げられる。その他の樹脂材料としては、スピンコートの容易なエポキシ系樹脂，ポリイミド系樹脂等が挙げられる。反射層５の材料としては、蒸着やスパッタリング等による成膜が可能な高反射率の金属材料、例えばＡｌ(アルミニウム)，Ａｇ(銀)等が挙げられる。

ホルダー部３は、ミラー部２を支持する第１構造体６と、形状可変ミラー１全体のベースとなる第２構造体７と、で構成されている。第１構造体６と第２構造体７は共にＳｉ(シリコン)ウェハから成っており、第１構造体６はミラー部２の反対側で第２構造体７と接合されている。その接合は、例えば、Ａｕ(金)を用いた拡散結合により行われる。Ａｕから成る薄膜を第１構造体６と第２構造体７との間に介在させて加熱すれば、その合金化により第１構造体６と第２構造体７とを容易に接合することが可能である。なお、第２構造体７としてガラス基板を用いてもよい。その場合、接着剤を用いて第１構造体６と第２構造体７とを接着すればよい。

ホルダー部３の第１構造体６には、つながった２つの穴が形成されている。それらの穴と第２構造体７の平面部分とにより、円柱形状のキャビティ(空間)６ａと直方体形状のチャネル(流路)６ｂが構成されている。第１構造体６はＳｉウェハから成っているため、キャビティ６ａやチャネル６ｂの微細構造は高い精度で容易に作製可能である。また、第１，第２構造体６，７から成る凹部６ｃでキャビティ６ａを構成しているため、ミラー部２の構造を簡単にすることができ、結果として反射面の高精度化・微細化が容易になる。

ホルダー部３に形成されている凹部６ｃの開口はミラー部２で密閉された状態になっており、ミラー部２の裏面とホルダー部３との間が流体(ここでは空気)で満たされたキャビティ６ａを構成している。そのキャビティ６ａを満たしている流体は空気に限らず、他の気体や水，オイル等の液体でも構わない。なお、反射層５はレーザビームの有効径をカバーする範囲に形成されていればよいが、ミラー部２の変形範囲の影響を考慮すれば、図５に示すようにキャビティ６ａを反射層５よりも大きく設定するのが好ましい。

チャネル６ｂはホルダー部３の外側に向けて開口しているため、チャネル６ｂを通って空気がホルダー部３の外部とキャビティ６ａとの間を移動することができる。したがって、チャネル６ｂを介したキャビティ６ａに対する空気の流入又は流出により、ミラー部２の裏面とホルダー部３との間のキャビティ６ａ内の空気量を増加又は減少させれば、そのキャビティ６ａの体積は膨張又は収縮する。その際のミラー部２の弾性変形により、反射層５は凸形状又は凹形状の反射面を構成することになる。形状可変ミラー１の外部からキャビティ６ａの体積を膨張又は収縮させることができるので、形状可変ミラー１の構造を簡単かつコンパクトにすることができる。

ミラー部２の裏面とホルダー部３との間のキャビティ６ａ内の空気量を増加又は減少させる手段として設けられているのが、図６に示すアクチュエータ１１である。アクチュエータ１１でキャビティ６ａに対する空気の流入又は流出を行えば、形状可変ミラー１の外部から空気量の増加又は減少の調整を簡単に行うことができる。アクチュエータ１１としては、ミラー部２の弾性変形に必要な量の空気をキャビティ６ａに対して流入又は流出させるための手段が用いられる。図６に示す反射光学装置１０では、シリンダ内の空気をピストンの駆動(駆動源としては例えば圧電素子，モータが用いられる。)で吸気又は排気する構成を想定しているが、これに限らない。例えば、流体(空気等)を加熱又は冷却することにより流体を膨張又は収縮させるようにしてもよく、通常のポンプ，レギュレータ，コンプレッサ等を用いて流体(空気等)を流入又は流出させるようにしてもよい。

次に、形状可変ミラー１の製造方法を、図７に示す製造工程図に基づいて説明する。まず、Ｓｉから成る第１ウェハ６ｐを用意する{図７(Ａ)}。この第１ウェハ６ｐは、その両面にＳｉＯ₂膜が形成された両面ミラーのＳｉウェハであり、以下のプロセスにより第１構造体６となる。第１ウェハ６ｐの裏面にエッチング(例えば、ＲＩＥ：Reactive Ion Etching)を施すことにより、空気を移動させるためのチャネル６ｂに相当する部分をウェハ厚の途中まで形成する{図７(Ｂ)}。そして、ミラー部２を構成する高弾性膜４(例えば、ＰＤＭＳ)を、第１ウェハ６ｐの表面にスピンコートにより形成する{図７(Ｃ)}。再び第１ウェハ６ｐの裏面にエッチングを施すことにより、キャビティ６ａとなる部分を高弾性膜４に達する位置まで形成する{図７(Ｄ)}。この段階で第１構造体６が完成する。なお、第１ウェハ６ｐと高弾性膜４との間にはＳｉＯ₂膜が位置しているので、ＳｉＯ₂膜の位置でエッチングを容易に停止させることができる。

第２ウェハとして、Ｓｉから成る第２構造体７を第１構造体６の裏面に接着する{図７(Ｅ)}。第１構造体６と第２構造体７は共にＳｉウェハから成っているため、第１構造体６と第２構造体７との間にＡｕ薄膜を介在させ、加熱により合金化すれば、金の拡散により第１構造体６と第２構造体７とを接合させることが可能である。この工程(Ｅ)によりホルダー部３に凹部６ｃが形成され、その凹部６ｃの開口が高弾性膜４の裏面で密閉されて凹部６ｃと高弾性膜４との間に空気で満たされたキャビティ６ａが構成される。最後に、高弾性膜４の表面にＡｌを蒸着することにより、反射層５を形成する{図７(Ｆ)}。このようにして完成した形状可変ミラー１とアクチュエータ１１(図６)とを、チャネル６ｂに繋いだチューブ(不図示)で接続すると、反射光学装置１０(図６)が完成する。以上説明した製造方法によると、Ｓｉウェハ等を用いた簡単な製造プロセスで形状可変ミラー１を作製することができる。しかも、作製に際して複雑で作製困難なジグ等は不要である。

図８に、形状可変ミラー１のミラー変形動作を示す。図８(Ａ)は、キャビティ６ａの体積を膨張させることにより、反射層５で凸形状の反射面を構成した状態を示しており、図８(Ｂ)は、キャビティ６ａの体積を収縮させることにより、反射層５で凹形状の反射面を構成した状態を示している。高弾性膜４にはキャビティ６ａ内の空気から均等な力が加わるため、均一な曲面形状が得られる。また、キャビティ６ａを構成している凹部６ｃの開口形状が円形になっているため、ミラー部２の弾性変形により構成される凸又は凹の反射面形状は回転対称な曲面形状となる。さらに、高弾性膜４の膜厚が均一になっているため、その反射面形状は球面状又は略球面状となる。

上記のように、キャビティ６ａの体積が膨張又は収縮する際のミラー部２の弾性変形により反射層５が凸形状又は凹形状の反射面を構成するので、反射面を変形させるために構造を複雑化する必要がなく、反射面の大きさや形状を高い精度で制御することが可能である。また、圧電駆動や静電駆動で反射面を変形させる従来の形状可変ミラーが抱えていた問題点(例えば、高品質でショートしていない圧電膜等の作製が難しいといった問題点、複雑で作製困難な櫛歯形状のジグ等が必要になるといった問題点)が解消されるため、非常に簡易なプロセスのみで歩留まりを向上させることができる。したがって、製造の容易な簡単かつコンパクトな構成でありながら反射面の高精度化・微細化が可能である。しかも、反射膜を圧電素子等で直接変形させるよりも変形ストロークを非常に大きく設定できるので、反射面を大きく変形させることが可能である。そして、図６に示す光ピックアップ装置９では立ち上げミラーとして形状可変ミラー１が用いられているので、記録面位置に応じてレーザビームの結像位置を微調整することができる。したがって、複数の層を有する光ディスク、規格に応じて記録面位置の異なった複数種類の光ディスク等に対応することが可能である。

上述した形状可変ミラー１(図５)では、凸又は凹の球面状又は略球面状の反射面しか構成することができない。このため、非回転対称な曲面形状の反射面を必要とするアプリケーション(例えば、光ピックアップ装置の収差補正ミラー等)には使用することができず、したがってその用途は限られる。例えば、図６に示す光ピックアップ装置９では、形状可変ミラー１に入射角度４５°でレーザビームが入射するため、反射面上ではビーム形状が楕円形になる。それに対応するには、図５(Ａ)中のＸ軸とＹ軸の各方向で曲率の異なった形状の反射面を構成するのが好ましい。以下に説明する第１〜第３の実施の形態は、必要とされる反射面形状の曲率比Ｒｘ：Ｒｙ(Ｒｘ≠Ｒｙ)が予め決まっている場合に(Ｒｘ：反射面のＸ軸方向の曲率、Ｒｙ：反射面のＹ軸方向の曲率)、その曲率比に対応した弾性変形をミラー部２に生じさせることを可能とするものである。

図１に、第１の実施の形態に係る形状可変ミラー１ａの外観及び内部の構造を示す。図１(Ａ)は形状可変ミラー１ａの平面図であり、図１(Ｂ)は形状可変ミラー１ａの側面図である。また図１(Ｃ)は、図１(Ａ)におけるｘ−ｘ’線断面図である。この形状可変ミラー１ａの特徴は、反射層５の面法線(Ｚ軸)に対し直交するＸ軸とＹ軸の２方向について凹部６ｃの開口サイズが異なっている点にある。つまり、キャビティ６ａを構成している凹部６ｃの開口形状が楕円形になっていることに特徴がある(短軸方向がＸ軸方向に相当し、長軸方向がＹ軸方向に相当する。例えば、短軸：長軸＝１：２である。)。それ以外は前記形状可変ミラー１と同様の基本構成になっており、同様の効果を得ることができる。なお、この形状可変ミラー１ａも、前記基本形(図５)と同様、図６に示す光ピックアップ装置９の立ち上げミラーとして使用されるものであり、前記製造プロセス(図７)により製造可能である。

ホルダー部３に形成されている凹部６ｃの開口はミラー部２で密閉された状態になっており、ミラー部２の裏面とホルダー部３との間が流体(ここでは空気)で満たされたキャビティ６ａを構成している。キャビティ６ａ内の流体量の増加又は減少によりキャビティ６ａの体積が膨張又は収縮し、その際のミラー部２の弾性変形により反射層５が凸形状又は凹形状の反射面を構成するが、凹部６ｃの開口形状が楕円形になっているため、ミラー部２は非回転対称に変形することになる。

図４(Ａ)に、ミラー部２の変形状態の一例(凸形状の反射面を構成した状態)をＸ軸とＹ軸の２方向について示す。実線はＸＺ断面における凹部６ｃの開口範囲とミラー部２の変形状態を示しており、破線はＹＺ断面における凹部６ｃの開口範囲とミラー部２の変形状態を示している。キャビティ６ａは開口形状が楕円形の凹部６ｃで構成されているため、反射層５が構成する反射面はＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称な非回転対称曲面となる。凹部６ｃの開口サイズはＸ軸方向に短いため、反射面の曲率はＸ軸方向にきつくなる(曲率半径が小さくなる。)。また、凹部６ｃの開口サイズはＹ軸方向に長いため、反射面の曲率はＹ軸方向に緩くなる(曲率半径が大きくなる)。

上記のように、凹部２ｃの開口サイズを反射層５の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なったものとすれば、反射面を非回転対称に大きく変形させることが可能となる。したがって、凹部２ｃの開口サイズを調整することにより、所望の曲率比Ｒｘ：Ｒｙの反射面形状を得ることができる。また、凹部の開口形状は楕円形に限らず、長方形又はその他の多角形でもよい。採用する開口形状を変化させることにより、所望の反射面形状(例えば自由曲面形状)を得ることができる。キャビティ形状についても、上記開口形状を有するものであればよく、例えば、楕円柱形状，楕円錐台形状，角柱形状，角錐台形状等、いずれでもよい。

図２に、第２の実施の形態に係る形状可変ミラー１ｂの外観及び内部の構造を示す。図２(Ａ)は形状可変ミラー１ｂの平面図であり、図２(Ｂ)は図２(Ａ)におけるｙ−ｙ’線断面図であり、図２(Ｃ)は図２(Ａ)におけるｘ−ｘ’線断面図である。この形状可変ミラー１ｂの特徴は、反射層５の面法線(Ｚ軸)に対し直交するＸ軸とＹ軸の２方向についてミラー部２の膜厚分布が異なっている点にある。つまり、ミラー部２を構成している高弾性膜４の膜厚分布が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで互いに異なった連続的な変化をそれぞれ有していることに特徴がある。それ以外は前記形状可変ミラー１と同様の基本構成になっており、同様の効果を得ることができる。なお、この形状可変ミラー１ｂも、前記基本形(図５)と同様、図６に示す光ピックアップ装置９の立ち上げミラーとして使用されるものであり、前記製造プロセス(図７)により製造可能である。

ホルダー部３に形成されている凹部６ｃの開口(開口形状は円形である。)はミラー部２で密閉された状態になっており、ミラー部２の裏面とホルダー部３との間が流体(ここでは空気)で満たされたキャビティ６ａを構成している。キャビティ６ａ内の流体量の増加又は減少によりキャビティ６ａの体積が膨張又は収縮し、その際のミラー部２の弾性変形により反射層５が凸形状又は凹形状の反射面を構成するが、高弾性膜４の膜厚分布がＸ軸方向とＹ軸方向とで異なっているため、ミラー部２は非回転対称に変形することになる。

図４(Ｂ)に、ミラー部２の変形状態の一例(凸形状の反射面を構成した状態)をＸ軸とＹ軸の２方向について示す。実線はＸＺ断面におけるミラー部２の変形状態を示しており、破線はＹＺ断面におけるミラー部２の変形状態を示している。高弾性膜４の膜厚分布はＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称になっているため、反射層５が構成する反射面もＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称な非回転対称曲面となる。ここでは、凹部６ｃの開口形状として円形(つまり真円)を想定しているので、高弾性膜４の膜厚分布の変化量が小さい方向ほどミラー部２は変形しにくくなる。図２(Ｂ)(Ｃ)から分かるように、高弾性膜４の膜厚分布の変化量はＸ軸方向に大きいため、反射面の曲率はＸ軸方向にきつくなる(曲率半径が小さくなる。)。また、高弾性膜４の膜厚分布の変化量はＹ軸方向に小さいため、反射面の曲率はＹ軸方向に緩くなる(曲率半径が大きくなる)。

上記のように、ミラー部２の膜厚分布を反射層５の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なったものとすれば、反射面を非回転対称に大きく変形させることが可能となる。したがって、ミラー部２の膜厚分布を調整することにより、所望の曲率比Ｒｘ：Ｒｙの反射面形状を得ることができる。この形状可変ミラー１ｂのように、ミラー部２の膜厚分布を少なくとも１方向について連続的に変化させることは、より滑らかな反射面形状を得る上で有効である。また、形状可変ミラー１ｂのミラー部２はＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称な反射面(トロイダル球面形状の反射面)を構成しているが、高弾性膜４の膜厚分布はＸＺ平面又はＹＺ平面に関して非面対称でもよい。採用する膜厚分布を変化させることにより、所望の反射面形状(例えば自由曲面形状)を得ることができる。

図３に、第３の実施の形態に係る形状可変ミラー１ｃの外観及び内部の構造を示す。図３(Ａ)は形状可変ミラー１ｃの平面図であり、図３(Ｂ)は図３(Ａ)におけるｙ−ｙ’線断面図であり、図３(Ｃ)は図３(Ａ)におけるｘ−ｘ’線断面図である。この形状可変ミラー１ｃの特徴は、反射層５の面法線(Ｚ軸)に対し直交するＸ軸とＹ軸の２方向についてミラー部２の膜厚分布が異なっている点にある。ただし、前記第２の実施の形態(図２)とは異なり、ミラー部２の膜厚分布は直方体形状の凸部８によりＸ軸方向について(キャビティ６ａ側で)局所的に変化している。それ以外は前記形状可変ミラー１と同様の基本構成になっており、同様の効果を得ることができる。なお、この形状可変ミラー１ｃも、前記基本形(図５)と同様、図６に示す光ピックアップ装置９の立ち上げミラーとして使用されるものであり、前記製造プロセス(図７)により製造可能である。

ホルダー部３に形成されている凹部６ｃの開口(開口形状は円形である。)はミラー部２で密閉された状態になっており、ミラー部２の裏面とホルダー部３との間が流体(ここでは空気)で満たされたキャビティ６ａを構成している。キャビティ６ａ内の流体量の増加又は減少によりキャビティ６ａの体積が膨張又は収縮し、その際のミラー部２の弾性変形により反射層５が凸形状又は凹形状の反射面を構成するが、高弾性膜４の膜厚分布が凸部８によりＸ軸方向とＹ軸方向とで異なっているため、ミラー部２は非回転対称に変形することになる。

図４(Ｃ)に、ミラー部２の変形状態の一例(凸形状の反射面を構成した状態)をＸ軸とＹ軸の２方向について示す。実線はＸＺ断面におけるミラー部２の変形状態を示しており、破線はＹＺ断面におけるミラー部２の変形状態を示している。高弾性膜４の膜厚分布はＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称になっているため、反射層５が構成する反射面もＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称な非回転対称曲面となる。ここでは、凹部６ｃの開口形状として円形(つまり真円)を想定しているので、高弾性膜４の膜厚分布の変化量が小さい方向ほどミラー部２は変形しにくくなる。図３(Ｂ)(Ｃ)から分かるように、高弾性膜４の膜厚分布の変化量はＸ軸方向について凸部８により局所的に大きく変化しているため、反射面の曲率はＸ軸方向にきつくなる(曲率半径が小さくなる。)。また、高弾性膜４の膜厚分布の変化量は(有効領域内で)Ｙ軸方向に変化していないため、反射面の曲率はＹ軸方向に緩くなる(曲率半径が大きくなる)。

上記のように、ミラー部２の膜厚分布を反射層５の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なったものとすれば、反射面を非回転対称に大きく変形させることが可能となる。したがって、ミラー部２の膜厚分布が所定方向に部分的な変化を持つように調整することにより、所望の曲率比Ｒｘ：Ｒｙの反射面形状を得ることができる。この形状可変ミラー１ｃのように、ミラー部２の膜厚分布を少なくとも１方向についてキャビティ６ａ側(つまり、反射層５の反対側)で局所的に変化させることは、曲率変化の大きい滑らかな反射面形状を得る上で有効である。また、形状可変ミラー１ｃのミラー部２はＸＺ平面とＹＺ平面に関してそれぞれ面対称な反射面を構成しているが、高弾性膜４の膜厚分布はＸＺ平面又はＹＺ平面に関して非面対称でもよい。採用する膜厚分布を変化させることにより、所望の反射面形状(例えば自由曲面形状)を得ることができる。

上述した各実施の形態の構成によれば、大きく変形する非回転対称な反射面を非常に簡易なプロセスのみで構成することができる。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで曲率の異なった非回転対称な反射面を有するメンブレン型の形状可変ミラーを、歩留まり良く作製することができる。よって、多くのアプリケーションに応用可能な形状可変ミラーを実現することができ、形状可変ミラーの用途は大幅に拡大される。

形状可変ミラー(第１の実施の形態)の外観及び内部構造を示す図。 形状可変ミラー(第２の実施の形態)の外観及び内部構造を示す図。 形状可変ミラー(第３の実施の形態)の外観及び内部構造を示す図。 形状可変ミラー(第１〜第３の実施の形態)のミラー変形例を示す断面図。 各実施の形態の基本形となる形状可変ミラーの外観及び内部構造を示す図。 光ピックアップ装置の概略光学構成例を示す模式図。 形状可変ミラーの製造工程例を示す断面図。 図５の形状可変ミラーのミラー変形例を示す断面図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 形状可変ミラー
２ ミラー部
３ ホルダー部
４ 高弾性膜(樹脂膜)
５ 反射層
６ 第１構造体
６ａ キャビティ
６ｂ チャネル
６ｃ 凹部
７ 第２構造体
８ 凸部
９ 光ピックアップ装置
１０ 反射光学装置
１１ アクチュエータ

Claims (11)

1. 光路を垂直又は略垂直に折り曲げる立ち上げミラーとして形状可変ミラーを備えた光ピックアップ装置であって、
   前記形状可変ミラーが、高弾性の樹脂膜の表面に金属蒸着により反射層を形成して成る弾性変形可能な膜状のミラー部と、そのミラー部を保持するホルダー部と、を有しており、前記ホルダー部に凹部が形成されており、その凹部の開口が前記ミラー部の裏面で密閉されて前記凹部と前記ミラー部との間に流体で満たされたキャビティが構成されており、前記凹部の開口サイズ又は前記ミラー部の膜厚分布が前記反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっており、前記ホルダー部の外部と前記キャビティとの間で前記流体を移動させるためのチャネルが前記ホルダー部に形成されており、そのチャネルを介した前記キャビティに対する流体の流入又は流出により前記キャビティ内の流体量を増加又は減少させて、前記キャビティの体積が膨張又は収縮する際の前記ミラー部の弾性変形により、前記反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 表面に反射層を有する弾性変形可能な膜状のミラー部と、そのミラー部を保持するホルダー部と、を備えた形状可変ミラーであって、前記ホルダー部に凹部が形成されており、その凹部の開口が前記ミラー部の裏面で密閉されて前記凹部と前記ミラー部との間に流体で満たされたキャビティが構成されており、前記凹部の開口サイズが前記反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっており、前記キャビティ内の流体量の増加又は減少により前記キャビティの体積が膨張又は収縮し、その際の前記ミラー部の弾性変形により前記反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成することを特徴とする形状可変ミラー。
3. 前記凹部の開口形状が楕円形又は多角形であることを特徴とする請求項２記載の形状可変ミラー。
4. 表面に反射層を有する弾性変形可能な膜状のミラー部と、そのミラー部を保持するホルダー部と、を備えた形状可変ミラーであって、前記ホルダー部に凹部が形成されており、その凹部の開口が前記ミラー部の裏面で密閉されて前記凹部と前記ミラー部との間に流体で満たされたキャビティが構成されており、前記ミラー部の膜厚分布が前記反射層の面法線に対し直交する少なくとも２方向について異なっており、前記キャビティ内の流体量の増加又は減少により前記キャビティの体積が膨張又は収縮し、その際の前記ミラー部の弾性変形により前記反射層が凸形状又は凹形状の反射面を構成することを特徴とする形状可変ミラー。
5. 前記ミラー部の膜厚分布が少なくとも１方向について連続的に変化していることを特徴とする請求項４記載の形状可変ミラー。
6. 前記ミラー部の膜厚分布が少なくとも１方向について前記キャビティ側で局所的に変化していることを特徴とする請求項４記載の形状可変ミラー。
7. 前記ミラー部が、高弾性膜の表面に前記反射層を形成して成るものであることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
8. 前記ホルダー部の外部と前記キャビティとの間で前記流体を移動させるためのチャネルが、前記ホルダー部に形成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
9. 請求項２〜８のいずれか１項に記載の形状可変ミラーと、前記キャビティ内の流体量の増加又は減少を前記キャビティに対する流体の流入又は流出により行うアクチュエータと、を有することを特徴とする反射光学装置。
10. 請求項９記載の反射光学装置を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項２〜８のいずれか１項に記載の形状可変ミラーの製造方法であって、前記ホルダー部の一部となる第１ウェハの裏面に、前記流体を移動させるためのチャネルをウェハ厚の途中までのエッチングにより形成し、前記第１ウェハの表面に前記ミラー部を構成する高弾性膜をスピンコートにより形成し、前記第１ウェハの裏面に前記高弾性膜まで達するキャビティをエッチングにより形成し、前記ホルダー部の一部となる第２ウェハを前記第１ウェハの裏面に接着し、前記高弾性膜の表面に前記反射層を形成することを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。

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