JP2008275828A

JP2008275828A - 形状可変ミラーの製造方法

Info

Publication number: JP2008275828A
Application number: JP2007118374A
Authority: JP
Inventors: Fuminori Tanaka; 史記田中
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】圧電アクチュエータの伸縮によって鏡面の形状を変形可能に設けられる形状可変ミラーを効率良く製造する方法を提供する。
【解決手段】形状可変ミラー１の製造方法には、分離予定部に沿って切断されて複数のベース２が得られるベース用部材と、ベース用部材に重ねられた状態で分離予定部に沿って切断されて複数のミラー基板３が得られるミラー基板用部材と、ベース用部材１１に配置されて分離予定部に沿って切断された場合に、その切断片の全て又は一部が固定部４となる固定部用部材と、を一括して切断し、複数の形状可変ミラー１を取得する工程が含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡面の形状を変形可能に設けられる形状可変ミラーに関し、特に圧電アクチュエータの伸縮により鏡面の形状を変形可能とされる形状可変ミラーの製造方法に関する。

従来、その鏡面の形状を変形して、入射する光ビームの光学的歪み等を補正する形状可変ミラーについて種々の提案がなされており、この形状可変ミラーは、光ピックアップ装置や画像処理装置等の光学装置の分野で幅広く用いられている。

例えば、光ピックアップ装置の分野では、特許文献１〜３に示されるように、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）等の光ディスクを記録再生する際に発生するコマ収差や球面収差等の波面収差の補正を行うために形状可変ミラーが用いられている。なお、ここでコマ収差とは、光ディスクのディスク面が光軸に対して傾くことによって発生する収差で、球面収差とは、主に光ディスクの記録面を保護する透明樹脂（保護層）の厚さの違いが原因となって発生する収差である。

このような形状可変ミラーには、特許文献１に示されるような圧電素子を使用したユニモルフ又はバイモルフ形状の形状可変ミラーや、特許文献２に示されるような圧電膜等の薄膜を積層させて形成する形状可変ミラーがある。しかし、特許文献１や特許文献２に示される形状可変ミラーの場合、鏡面の変形量を大きくするのが容易でないといった問題がる。

この点、特許文献３に示されるような、柱状に形成される圧電素子（圧電アクチュエータ）の縦方向（形状可変ミラーが備える鏡面と直交する方向）の伸縮を利用して、鏡面を変形させる形状可変ミラーは、鏡面の大きな変形量を得やすいといった利点や、その製造を行い易いといった利点等を有する。
特開２００３−２１５４７６号公報特開２００５−１９６８５９号公報特開２００６−３０２３８９号公報

しかしながら、特許文献３に示されるような形状可変ミラーを製造する場合、形状可変ミラーを構成する各構成要素について、それぞれ予め加工しておき、それを順次組立てることによって形状可変ミラーを完成させるのが一般的である。このような製造方法の場合、特許文献３に示す形状可変ミラーは、多くの構成要素から成っているために、製造効率が必ずしも良くないといった問題点を有する。

以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、圧電アクチュエータの伸縮によって鏡面の形状を変形可能に設けられる形状可変ミラーを効率良く製造する方法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、ベースと、該ベースに対向配置されるミラー基板と、前記ベース上に配置されて前記ミラー基板の外周部を固定する固定部と、前記ミラー基板の前記固定部によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように、前記ベース上に配置される圧電アクチュエータと、を備える形状可変ミラーの製造方法であって、分離予定部で切断した場合に、複数の前記ベースが得られるベース用部材を準備する工程と、前記ベース用部材と重ねられた状態で前記分離予定部に沿って切断した場合に、複数の前記ミラー基板が得られるミラー基板用部材を準備する工程と、前記ベース用部材の前記分離予定部上の所定位置に配置して前記ベース用部材と共に前記分離予定部に沿って切断した場合に、その切断片の全て又は一部が前記固定部となる固定部用部材を準備する工程と、前記圧電アクチュエータを準備する工程と、前記固定部用部材と前記ベース用部材の前記所定位置とを、また、前記圧電アクチュエータと前記ベース用部材の前記所定位置とは異なる所定位置とを、更に、前記ミラー基板用部材と前記固定部用部材とを、接合する工程と、前記接合工程の後に、前記分離予定部に沿って、前記ミラー基板用部材、前記固定部用部材、及び前記ベース用部材を一括して切断し、複数の前記形状可変ミラーを取得する工程と、を具備することを特徴としている。

この構成によれば、ベース用部材、ミラー基板用部材、固定部用部材を一括して切断することにより形状可変ミラーを複数得ることが可能である。このために、従来のように構成要素ごとに別々に切り出し、それらを組立てることによって形状可変ミラーを得る製造方法よりも、製造効率を良くできる。また、従来の製造方法においては、ミラー基板用部材から予め所定のサイズとなるように切り出したミラー基板を、位置決めしながら固定部と接合していたが、本発明の構成によれば、ミラー基板用部材と固定部用部材とを接合する場合に細かい調整は不要であるために、製造作業の負担を軽減可能である。

また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーの製造方法において、前記ベース用部材と前記固定部用部材及び前記圧電アクチュエータとの接合が、前記固定部用部材と前記ミラー基板用部材との接合より先に行われ、前記両接合の間に、前記固定部用部材と前記圧電アクチュエータとを同時に研磨する工程を更に具備することとしても良い。

この構成によって形状可変ミラーを製造した場合、固定部と圧電アクチュエータとの高さを正確に揃えることが可能となる。このために、初期状態において鏡面の形状が平滑な形状可変ミラーを得やすい。

本発明によれば、圧電アクチュエータの伸縮によって鏡面の形状を変形可能に設けられる形状可変ミラーを効率良く製造することが可能となる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。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。

まず、本実施形態の形状可変ミラーの製造方法について説明する前に、本実施形態の形状可変ミラーの構成について説明しておく。なお、形状可変ミラーは、その鏡面を変形可能に設けられ、入射する光ビームの光学的な歪みを補正する場合等に用いられるデバイスで、例えば光ディスク装置、ビデオプロジェクタ、デジタルカメラ等の光学装置に搭載される。

図１は、本実施形態の形状可変ミラーの実施形態を示す概略斜視図で、説明の便宜上、形状可変ミラーを構成するミラーが分解された状態を示している。形状可変ミラー１は、ベース２と、ベース２と対向して設けられるミラー基板３と、ベース２上に設けられてミラー基板３の外周部を固定する固定部４と、ベース２上に設けられて、その伸縮によりミラー基板３の固定部４によって固定された部分に囲まれる領域を変位させる圧電アクチュエータ５と、を備える。以下、形状可変ミラー１を構成する各部について説明する。

ベース２は、固定部４及び圧電アクチュエータ５を支持する役割を果たし、本実施形態においてはガラス基板で形成される。ただし、ベース２は絶縁性の基板で構成されれば良く、例えばセラミックス等の基板でも構わない。ベース２上には、圧電アクチュエータ５に給電するための電極を含む配線パターン６が形成されている。この配線パターン６は、例えば、ガラス基板上にシリコン（Ｓｉ）パターンを形成し、その上に例えば金（Ａｕ）等の金属を蒸着することによって得られる。

ミラー基板３は、ベース２と略平行に対向配置され、ベース２と対向する面と反対側の面に鏡面３ａが形成されている。このミラー基板３は、外周部を固定部４によって固定され、固定部によって固定される部分に囲まれる領域が、圧電アクチュエータ５の伸縮に伴って変位するようになっている。ミラー基板３は、圧電アクチュエータ５の伸縮に伴う変形で破壊されるようでは困るために、剛性を有する物質で形成される。本実施形態においては、ミラー基板３はシリコン基板を用い形成されており、一方の面に鏡面３ａとなる反射膜（例えばＡｌ膜など）が形成されている。

固定部４は、ベース２上に配置されてミラー基板３を固定する役割を果たす。固定部４は、例えばガラスやセラミックス等で形成される。本実施形態の形状可変ミラー１の場合には、固定部４は、ミラー基板３を、その四隅と、矩形に形成されるミラー基板３の外周側各辺の中央部（四隅に配置される固定部４のうちの２つに挟まれる位置）と、の計８箇所で支持している。なお、固定部４の数及びその配置方法については、本実施形態の構成に限定される趣旨ではなく、ミラー基板３の外周側を確実に固定できる構成であれば、種々の変更が可能である。

圧電アクチュエータ５は、電圧を印加することにより伸縮し、これによりミラー基板３の一部を変位して鏡面３ａを変形させる。本実施形態では圧電アクチュエータ５は、いわゆる積層型の圧電アクチュエータを用いているが、必ずしも積層型の圧電アクチュエータである必要はない。

圧電アクチュエータ５は、ベース２上に形成される電極（上述のように配線パターン６の一部として形成されている）上に配置され、これにより給電可能となっている。また、圧電アクチュエータ５は、ミラー基板３の外周部を固定する固定部４に囲まれるように配置されている。そして、ベース２上に十字方向に４つ配置され、更に、向かい合う圧電アクチュエータ５同士が、鏡面３ａの中心を通り鏡面３ａと直交する軸に対して対称位置となるように配置されている。ただし、圧電アクチュエータ５の配置の仕方及び数は、この構成に限定される趣旨ではなく、ミラー基板３の鏡面３ａをその目的に応じて変形することができれば良く、種々の変更が可能である。

なお、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）や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等が挙げられ、その種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、圧電特性が優れるチタン酸ジルコン酸鉛を用いている。

なお、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５はミラー基板３と接合されない構成となっているが、これに限らず、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とを接合しても構わない。

次に、本実施形態の形状可変ミラー１の製造方法について説明する。形状可変ミラー１の製造方法には、大きく分けて、準備段階と、接合段階と、切断段階と、の３段階がある。以下、この点を考慮して説明する。

まず、準備段階について説明する。この準備段階には、ベース用部材、ミラー基板用部材、固定部用部材及び圧電アクチュエータの準備が含まれる。以下、これらについて詳細に説明するが、これらの準備については、いずれの順に行っても良く、更には、平行して作業を進めることが可能なものについては、平行して作業を進めれば良い。

まず、ベース用部材の準備工程について説明する。図２は、本実施形態の形状可変ミラー１の製造に用いられるベース用部材１１を説明するための説明図である。このベース用部材１１を分離予定部２１によって切断することにより、形状可変ミラー１を構成するベース２が複数得られる。図２においては、分離予定部２１によって囲まれる矩形の領域のそれぞれが、形状可変ミラー１のベース２として用いられる部分（斜線部分）であり、その他の部分（斜線を施していない部分）は形状可変ミラー１を形成するには形状が不完全であるために使用されない。

なお、本実施形態では、分離予定部２１は次のように決定している。まず、準備できるベース用部材１１の大きさを決定し、次に、決定されたサイズのベース用部材１１から形状可変ミラー１を構成するベース２が最大数得られるように、分離予定部２１が決定される。ただし、分離予定部２１等の決定方法は本実施形態に示す構成に限定される趣旨ではなく、当然、適宜変更してよい。

次に、ベース用部材１１の具体的な準備工程を説明する。形状可変ミラー１の構成の部分で示したように、ベース２にはシリコンパターン（配線６として用いられる）が形成されるが、これを形成するために、適当なサイズに切り出されたガラス基板とシリコン基板とが、例えば陽極接合によって接合される。

そして、ガラス基板に陽極接合されたシリコン基板について、例えばリソグラフィー手法を用いて、所望のシリコンパターンとなるように加工処理が施される。これにより、ガラス基板上にシリコンパターンが形成されたベース部材１１が形成される。なお、シリコンパターン上には、例えば蒸着法やスパッタリング法等によって例えばＡｕ等の金属層が形成され、これにより配線パターンが形成される。

次に、切断されることによって、形状可変ミラー１のミラー基板３となるミラー基板用部材の準備工程について説明する。このミラー基板用部材は、本実施形態では、ベース用部材１１と重ねられた状態で（両者が直接接触しないで重ねられていても良い）分離予定部２１に沿って切断した場合に、得られるベース２の数と同数のミラー基板３が確保できるサイズとされる。

図３は、本実施形態の形状可変ミラー１の製造に用いるミラー基板用部材のサイズを説明するための説明図で、ミラー基板用部材がベース用部材に重ねられた状態を示しいている。なお、図３においては、本来見えないベース用部材１１を、説明の便宜上見えるものとして示しており、更に、分離予定部１２についても、わかり易くするために描いている。

図３に示すように、本実施形態では、ベース用部材１１より大きなミラー基板用部材１２を準備することで、ベース用部材１１と重ねられた状態で分離予定部２１に沿って切断した場合に、得られるベース２の数と同数のミラー基板３を確保できる。ただし、本実施形態の構成に限らず、例えばベース用部材１１と同サイズにする等しても構わず、このような判断は、例えば作業性、コスト等によって適宜行えば良い。

本実施形態においては、ミラー基板用部材１２の準備工程は、シリコン基板を上述したような適当なサイズに切り出した後に、その一方の面に、形状可変ミラー１の鏡面３ａ（図１参照）となるアルミニウム（Ａｌ）等の反射膜を、例えば蒸着法やスパッタリング法等によってシリコン基板上に形成することによって完了する。

次に、固定部用部材の準備工程について説明する。図４は、図２における分離予定部２１によって囲まれる矩形領域（斜線部分）のうち、中央部の４つの領域についてその周辺部も含めて示した概略平面図である。ただし、図４においては、固定部用部材が所定の位置に配置された状態を示している。

固定部用部材１３は、ベース用部材１１の分離予定部２１上の所定位置（後述する）に配置され、分離予定部２１に沿ってベース用部材１１と共に切断した場合に、その切断片の全て又は一部が、形状可変ミラー１を構成する固定部４となる部材である。本実施形態においては、図４に示すように、固定部用部材１３は、２本の分離予定部２１が交わる位置上に配置される固定部用部材１３ａと、１本の分離予定部２１上であって、２本の分離予定部２１が交わる点の略中間位置に配置される固定部用部材１３ｂと、の２種類がある。

固定部用部材１３ａは、分離予定部２１に沿って切断された場合に、４つの切断片に分離され、これらは、図４に示される範囲では、それぞれ別々の形状可変ミラー１の固定部４となる。ただし、分離予定部２１によって切断した場合に、形状可変ミラー１のベース２として使用されない部分上にある切断片は、形状可変ミラー１の固定部４とはならない。

また、固定部用部材１３ｂは、分離予定部２１に沿って切断された場合に、２つの切断片に分離され、これらは、図４に示される範囲では、それぞれ別々の形状可変ミラー１の固定部４となる。ただし、分離予定部２１によって切断した場合に、形状可変ミラー１のベース２として使用されない部分上にある切断片は、形状可変ミラー１の固定部４とはならない。

このような、固定部用部材１３ａ、１３ｂは、本実施形態においてはガラスで構成されており、それぞれ、予め決められたサイズとなるように切り出される。また、その数については、上述したベース用部材１１の所定位置にそれぞれ配置されるように準備される。

次に、圧電アクチュエータ５の準備工程について説明する。圧電アクチュエータ５については、予め決められたサイズとされた圧電アクチュエータが、分離予定部２１によって囲まれる矩形の領域（図２参照）のそれぞれに、４つずつ配置されるように準備される。

次に、本実施形態の形状可変ミラー１の製造方法を構成する接合段階について説明する。この接合段階には、固定部用部材１３及び圧電アクチュエータ５をベース用部材１１に接合する工程と、固定部用部材１３とミラー基板用部材１２とを接合する工程が含まれる。

固定部用部材１３及び圧電アクチュエータ５のベース用部材１１への接合は、いずれの順に行っても良く、更には同時に行うことも可能である。本実施形態においては、同時に接合する方式を採用している。すなわち、接合する部材間に接合層となる金属層（例えばＡｕ層）を介在させた状態で、固定部用部材１３及び圧電アクチュエータ５を配置（準備段階で準備した分の全てを配置）した後に、例えば４００℃から５５０℃の間の高温下、圧力加えて接合する（熱圧着方式）。

なお、Ａｕ層等の金属層は、例えば、蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成すれば良い。この場合、圧電アクチュエータ５は電極部分７（図４参照、配線パターン６の一部）に配置されるために、電極部分７にＡｕ層が導電層として既に形成されている場合には、Ａｕ層を更に設ける必要はない。

また、固定部用部材１３及び圧電アクチュエータ５とベース用部材１１との接合方法は以上に示した方法に限定される趣旨ではなく、例えば接着剤等を用いて行っても、もちろん構わない。

更に、本実施形態においては、固定部用部材１３及び圧電アクチュエータ５をベース用部材１１に接合した後に、固定部用部材１３と圧電アクチュエータ５との高さが揃うように、研磨工程を行うようにしている。通常、先に説明した準備段階の切り出しのみで、固定部用部材１３と圧電アクチュエータ５との高さを揃えるのは難しく、これらの高さが揃っていない場合、形状可変ミラー１の初期状態における鏡面３ａの平滑性が失われる可能性があるからである。ただし、この工程は行うのが好ましいが、場合によっては行わなくても良い。

次に接合段階に含まれる、固定部用部材１３とミラー基板用部材１２との接合が行われるが、これらの接合についても、上述した熱圧着方式によって接合すれば良い。ただし、この場合においても、接着剤を用いて接着しても良い。

なお、以上においては、固定部用部材１３及び圧電アクチュエータ５をベース用部材１１に接合する工程を、固定部用部材１３とミラー基板用部材１２とを接合する工程より先に行う場合を示した。しかし、接合段階の製造順は、これに限定される趣旨ではない。すなわち、例えば、これら２つの工程を同時に行うことも可能である。更には、固定部用部材１３とミラー基板用部材１２との接合を行った後に、固定部用部材１３とベース用部材１１との接合を行う構成等することもできる。

接合段階が終了すると、次に切断段階が行われる。この切断段階は、分離予定部２１に沿って、ミラー基板用部材１２、固定部用部材１３及びベース用部材１１を一括して切断する工程である。この切断工程は、例えばダイシングソー等の切断用の装置によって行われる。そして、この切断工程によって、複数の形状可変ミラー１を同時に得ることが可能となる。

以上のように、本実施形態の形状可変ミラーの製造方法によれば、ベース用部材１１、ミラー基板用部材１２、固定部用部材１３を一括して切断することによって形状可変ミラー１を得ることが可能であり、従来のように構成要素ごとに別々に切り出す製造方法に比べて、製造効率が良い。

本発明の形状可変ミラースの製造方法を用いれば、圧電アクチュエータの伸縮によって鏡面の形状を変形可能に設けられる形状可変ミラーを効率良く製造できるために、有用な技術と言える。

は、本実施形態の形状可変ミラーの構成を示す概略斜視図である。は、本実施形態の形状可変ミラーの製造に用いられるベース用部材を説明するための説明図である。は、本実施形態の形状可変ミラーの製造に用いるミラー基板用部材のサイズを説明するための説明図で、ミラー基板用部材がベース用部材に重ねられた状態を示しいている。は、図２における分離予定部によって囲まれる矩形領域のうち、中央部の４つの領域についてその周辺部も含めて示した概略平面図である。

符号の説明

１形状可変ミラー
２ベース
３ミラー基板
４固定部
５圧電アクチュエータ
１１ベース用部材
１２ミラー基板用部材
１３固定部用部材
２１分離予定部

Claims

ベースと、該ベースに対向配置されるミラー基板と、前記ベース上に配置されて前記ミラー基板の外周部を固定する固定部と、前記ミラー基板の前記固定部によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように、前記ベース上に配置される圧電アクチュエータと、を備える形状可変ミラーの製造方法であって、
分離予定部で切断した場合に、複数の前記ベースが得られるベース用部材を準備する工程と、
前記ベース用部材と重ねられた状態で前記分離予定部に沿って切断した場合に、複数の前記ミラー基板が得られるミラー基板用部材を準備する工程と、
前記ベース用部材の前記分離予定部上の所定位置に配置して前記ベース用部材と共に前記分離予定部に沿って切断した場合に、その切断片の全て又は一部が前記固定部となる固定部用部材を準備する工程と、
前記圧電アクチュエータを準備する工程と、
前記固定部用部材と前記ベース用部材の前記所定位置とを、また、前記圧電アクチュエータと前記ベース用部材の前記所定位置とは異なる所定位置とを、更に、前記ミラー基板用部材と前記固定部用部材とを、接合する工程と、
前記接合工程の後に、前記分離予定部に沿って、前記ミラー基板用部材、前記固定部用部材、及び前記ベース用部材を一括して切断し、複数の前記形状可変ミラーを取得する工程と、
を具備することを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。
前記ベース用部材と前記固定部用部材及び前記圧電アクチュエータとの接合が、前記固定部用部材と前記ミラー基板用部材との接合より先に行われ、
前記両接合の間に、前記固定部用部材と前記圧電アクチュエータとを同時に研磨する工程を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の形状可変ミラーの製造方法。