JP4487523B2 - Optical pickup aberration correction mirror - Google Patents

Optical pickup aberration correction mirror Download PDF

Info

Publication number
JP4487523B2
JP4487523B2 JP2003325837A JP2003325837A JP4487523B2 JP 4487523 B2 JP4487523 B2 JP 4487523B2 JP 2003325837 A JP2003325837 A JP 2003325837A JP 2003325837 A JP2003325837 A JP 2003325837A JP 4487523 B2 JP4487523 B2 JP 4487523B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
optical pickup
mirror
aberration correcting
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003325837A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005092987A (en
Inventor
洋右 水山
正吾 松原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2003325837A priority Critical patent/JP4487523B2/en
Priority to US10/933,501 priority patent/US7369482B2/en
Priority to PCT/JP2004/013179 priority patent/WO2005024809A2/en
Publication of JP2005092987A publication Critical patent/JP2005092987A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4487523B2 publication Critical patent/JP4487523B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

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。   The present invention relates to an optical pickup of an optical device or an optical disk device, and more particularly to a wavefront aberration correction mirror thereof.

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、従来よりもさらに光ディスク装置を小型につく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)従来よりも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。   As an information recording medium using an optical disk, there are a compact disk (CD) and a digital video disk (DVD). In recent years, an optical disk apparatus is generally configured to read and write a plurality of recording media with the same optical disk apparatus, and a technique for making the optical disk apparatus smaller than before is required. In particular, there is an increasing need for a compact and thin optical disk device for a notebook PC. In addition, with the development of multimedia technology, the demand for storage or recording capacity on an optical disc tends to increase year by year. (1) Use a blue laser having a shorter wavelength than conventional ones. (2) Opening of an objective lens The recording density can be improved by means such as increasing the number (NA), and (3) the recording area can be increased by using a plurality of recording layers in the medium, thereby achieving a large capacity. Yes.

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。   The optical disk device is provided with a laser light source, an optical pickup, a light receiving element, and the like. The laser beam emitted from the laser light source is condensed on the data surface of the optical disc through the optical pickup, reflected, and then received by the light receiving element, and the information recorded on the optical disc is read or the information is written on the optical disc. . At this time, the wavefront of the beam is subjected to aberrations by various optical components and optical disks, so that aberration correction is indispensable for reading and writing information correctly. In particular, with respect to dynamic aberrations that occur during rotation of an optical disk or when different layers are read, fixed correction means using lenses and diffractive optical elements that constitute an optical pickup are inappropriate, and dynamic correction by an actuator is not possible. It is essential.

以下に従来提案された収差補正手段について、先行文献を用いて概説する。   The conventionally proposed aberration correction means will be outlined below using prior literature.

(特許文献1)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。   In the method described in Patent Document 1, spherical aberration is corrected by moving a correction lens by an actuator. However, this method has a large actuator portion, requires an extra lens, and is unsuitable for optical pickups that are required to be miniaturized, such as PC applications.

(特許文献2)記載の方法においては、コリメータレンズの一方をアクチュエータによって動かすことにより球面収差を補正する方法が開示されているが、同様に、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るという問題点を有していた。   In the method described in (Patent Document 2), a method for correcting spherical aberration by moving one of the collimator lenses by an actuator is disclosed, but similarly, the actuator portion is large and an extra lens is required. There is a problem that it is unsuitable for optical pickups that are required to be miniaturized, such as applications.

(特許文献3)記載の収差補正ミラーは、初期形状が球面をしているミラーに柔らかい材質を用いたフランジを接着し、さらに、そのフランジの背面に圧電素子を貼りつける構成であり、圧電素子の変形によりミラーの曲率を変化させるものである。しかしながら、この方法においては、小さなミラーを精度よく安価に作成することが困難であること、フランジや圧電素子を接着する際にミラーが変形してしまうこと、などの問題点を有していた。また、仮に、接着が精度よく行われたとしても、ここで提案されるベタ電極による電極と、周囲を完全に固定された圧電素子の構成と、実用的な電圧の大きさの範囲では、圧電素子の変形量は著しく小さく、収差補正に必要な変形量が得られないといった問題点もあった。さらに、仮に変形したとしても、任意の球面形状に変形させることが難しいとい
う問題点があった。ここで、実用的な電圧の大きさというのは、絶縁性や分極効率などからくる電圧の上限値よりも小さい電圧を指す。加えて、バルクの圧電素子を用いているために、駆動電圧が50V程度と比較的高い電圧を必要とするという問題点があった。
The aberration correction mirror described in (Patent Document 3) has a configuration in which a flange made of a soft material is bonded to a mirror having an initial spherical shape, and a piezoelectric element is attached to the back surface of the flange. The curvature of the mirror is changed by the deformation of. However, this method has problems that it is difficult to produce a small mirror accurately and inexpensively and that the mirror is deformed when a flange or a piezoelectric element is bonded. Moreover, even if the bonding is performed with high accuracy, it is not necessary to use a solid electrode and a piezoelectric element with a completely fixed periphery and a practical voltage range. The deformation amount of the element is extremely small, and there is a problem that the deformation amount necessary for aberration correction cannot be obtained. Furthermore, even if it is deformed, there is a problem that it is difficult to deform it into an arbitrary spherical shape. Here, the practical voltage level refers to a voltage smaller than the upper limit value of the voltage due to insulation and polarization efficiency. In addition, since a bulk piezoelectric element is used, there is a problem that a relatively high voltage of about 50 V is required for the driving voltage.

(特許文献4)記載の方法では、長方形の圧電素子において、対向する一対の辺を固定し、他の一対の辺を自由にした構成で電圧を印加することにより、圧電素子を変形させて、コマ収差を減ずる方法が開示されている。しかしながらこの方法においては圧電素子の形状が基本的に梁形状となるので、いかに複数の電極を組み合わせても、球面収差を補正することができないという問題があった。   In the method described in (Patent Document 4), in a rectangular piezoelectric element, by applying a voltage in a configuration in which a pair of opposing sides are fixed and the other pair of sides are free, the piezoelectric element is deformed, A method for reducing coma is disclosed. However, in this method, since the shape of the piezoelectric element is basically a beam shape, there is a problem that spherical aberration cannot be corrected no matter how many electrodes are combined.

(特許文献5)記載の方法においては、コマ収差に対応した形状の電極を圧電素子上に形成し、電圧を印加することにより圧電素子を変形させ、コマ収差を軽減する例が示されている。しかしながら、この方法においても、圧電素子の周囲を固定してしまうと、実用的な電圧の大きさの範囲では、実際には変位が非常に小さく、収差補正に足りる程度の変位が得られず、特に高いNAを持つ対物レンズを用いた光学ピックアップドライブには適さないという問題があった。   In the method described in (Patent Document 5), an example is shown in which an electrode having a shape corresponding to coma aberration is formed on a piezoelectric element, and the piezoelectric element is deformed by applying a voltage to reduce coma aberration. . However, even in this method, if the periphery of the piezoelectric element is fixed, the displacement is actually very small within the practical voltage range, and a displacement sufficient for aberration correction cannot be obtained. In particular, there is a problem that it is not suitable for an optical pickup drive using an objective lens having a high NA.

以上述べたように、先行例においてはレンズの位置を機械的に動かす(特許文献1、2)、或いはミラーを機械的に変形させる(特許文献3、4、5)といった方法によってビームの波面収差を補正することが提案された。前者の例においては、レンズの位置を変化させるための駆動装置が大きく、小型化の要求を満たさないという問題点があった。一方、後者の例においては、圧電素子を用いるため、小型化の要求は満たすが、変形量が小さいという問題点があった。ここで、この問題点を説明するために、圧電素子の基本的な作用について図18を用いて説明する。圧電体は電気機械エネルギー変換素子であり、電界が与えられると機械的応力を発生し、弾性変形を生ずる。圧電体に弾性体を接合すると、このような圧電体の作用により、各々の材質の材料物正(弾性)に応じて全体が変形する。図18に電圧を印加する前と印加した後の圧電体の変形の様子を斜視図で示す。電界を印加する前の圧電体1は直方体で、直交座標系に対して図18に示されるように配置されるものとする。また圧電体1はあらかじめ+z方向に分極処理されているものとする。このとき、圧電体1の圧電歪定数は、例として、いわゆるd形式で表わした(数1)のマトリックスで表されるものとする。   As described above, in the prior example, the wavefront aberration of the beam is achieved by mechanically moving the position of the lens (Patent Documents 1 and 2) or mechanically deforming the mirror (Patent Documents 3, 4, and 5). It was proposed to correct. In the former example, there is a problem that the driving device for changing the position of the lens is large and does not satisfy the demand for downsizing. On the other hand, in the latter example, since the piezoelectric element is used, there is a problem that the amount of deformation is small although the requirement for miniaturization is satisfied. Here, in order to explain this problem, the basic operation of the piezoelectric element will be described with reference to FIG. A piezoelectric body is an electromechanical energy conversion element. When an electric field is applied, it generates mechanical stress and causes elastic deformation. When an elastic body is joined to the piezoelectric body, the entire body is deformed according to the material property (elasticity) of each material by the action of the piezoelectric body. FIG. 18 is a perspective view showing the state of deformation of the piezoelectric body before and after applying the voltage. The piezoelectric body 1 before applying an electric field is a rectangular parallelepiped, and is arranged as shown in FIG. 18 with respect to the orthogonal coordinate system. The piezoelectric body 1 is preliminarily polarized in the + z direction. At this time, the piezoelectric strain constant of the piezoelectric body 1 is represented by, for example, a matrix of (Expression 1) expressed in a so-called d format.

Figure 0004487523
Figure 0004487523

このとき電界Eによる歪Sは、成分表示で
i = dijj
で表される。ここでインデックスはi=1,2,3,4,5,6であり、かつj=1,2,3をとる。図18のように、電界が+z方向であるときは、E3のみが非ゼロであるので、(数1)よりS1、S2、S3のみが非ゼロであり、しかも、S1のみが負で、S2、S3が正である。圧電素子に関する標記法の慣例にしたがえば、S1=Sxx、S2=Syy、S3=Szzであり、Sxxのみが負符号であるのでx方向に縮み、yおよびz方向に伸びることが分かる。図18における圧電体2は、電界が与えられた後のこの伸縮による変形形状を
概略示している。
At this time, the distortion S due to the electric field E is expressed as S i = d ij E j in the component display.
It is represented by Here, the index is i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 and j = 1, 2, 3 is taken. As shown in FIG. 18, when the electric field is in the + z direction, since only E 3 is non-zero, only S 1 , S 2 and S 3 are non-zero from (Equation 1), and only S 1 is present. Is negative and S 2 and S 3 are positive. According to the notation convention for piezoelectric elements, S 1 = S xx , S 2 = S yy , S 3 = S zz and only S xx is a negative sign, so it shrinks in the x direction and y and z directions You can see that The piezoelectric body 2 in FIG. 18 schematically shows a deformed shape due to the expansion and contraction after the electric field is applied.

図19は圧電体3と弾性体4を合わせて接合したユニモルフ型圧電素子の断面図を示している。圧電体3は上述と同様、+z方向に分極されているとする。圧電体3の下には弾性体4が接合する。図面左側端面の変位を完全に拘束し、他端を自由にする。図19(a)と(b)はそれぞれ、電界印加前と電界印加後の状態を示す。+z方向に電界を印加すると、上述の議論と同様に圧電体3はx方向に縮もうとするが、左端を固定されているので、弾性体4は曲げモーメントを受けて下に凸となり、結果的に+z方向に反り上がる。全体の変位は、前記圧電歪定数の他、圧電体と弾性体の弾性定数、および膜厚によって決定される。逆に−z方向に電界を印加すると、圧電体3はx方向に伸びようとするので、弾性体4は逆極性の曲げモーメントを受け、上に凸となり、−z方向に反る(図示しない)。   FIG. 19 is a sectional view of a unimorph type piezoelectric element in which the piezoelectric body 3 and the elastic body 4 are joined together. The piezoelectric body 3 is assumed to be polarized in the + z direction as described above. An elastic body 4 is joined under the piezoelectric body 3. The displacement of the left end face of the drawing is completely restrained and the other end is made free. FIGS. 19A and 19B show states before and after application of an electric field, respectively. When an electric field is applied in the + z direction, the piezoelectric body 3 tries to shrink in the x direction as in the above discussion, but since the left end is fixed, the elastic body 4 receives a bending moment and protrudes downward. Therefore, it warps in the + z direction. The overall displacement is determined by the elastic constants of the piezoelectric body and the elastic body and the film thickness in addition to the piezoelectric strain constant. Conversely, when an electric field is applied in the -z direction, the piezoelectric body 3 tends to extend in the x direction, so that the elastic body 4 receives a bending moment with a reverse polarity and becomes convex upward and warps in the -z direction (not shown). ).

次に、圧電素子の両端において変位が拘束されている場合について説明する。図20は圧電体3と弾性体4を合わせて接合したユニモルフ型圧電素子の断面図を示している。一端のみを固定する場合とは異なり、両端とも完全固定する場合、図20のように曲げモーメントが発生しにくく、変位が著しく小さくなる。圧電体に印加する電界強度には絶縁破壊などの制限からくる実用的な上限が存在するので、そのような電界強度の範囲ではほとんど変形が現れないといってもよい。仮に、非常に小さな変位が得られたとしても、高いNA数をもつ対物レンズを用いた光学系や、波長が短い光学系の場合には、補正すべき収差の量は従来よりも大きく、補正に要求されるミラー形状の変位量は用いる光の波長の数倍から数十倍となるので、図20のような構成において、そのような大きな変位を得ることは不可能である。球面収差を補正するためには、まず第一にミラー形状が円であり、第二にそのミラーが球面に変形する必要がある。球面に変形するためにはミラー形状の光軸まわりの対称性が非常に重要である。従って、円形ミラーを軸対称に力学的に保持するためにはミラー円周を完全に固定する必要がある。然るに、上記の説明から、円周を完全固定された圧電素子ミラーは明らかに変位が著しく小さい。従って、従来の技術における方法では圧電素子によって収差補正を達成することは困難であった。
特開平10−241201号公報 特開平10−134400号公報 特開平10−039122号公報 特開2001−34993号公報 特開2002−279677号公報
Next, a case where displacement is constrained at both ends of the piezoelectric element will be described. FIG. 20 is a sectional view of a unimorph type piezoelectric element in which the piezoelectric body 3 and the elastic body 4 are joined together. Unlike the case where only one end is fixed, when both ends are completely fixed, a bending moment hardly occurs as shown in FIG. 20, and the displacement becomes extremely small. Since there is a practical upper limit for the electric field strength applied to the piezoelectric body due to limitations such as dielectric breakdown, it can be said that almost no deformation appears within such a range of electric field strength. Even if a very small displacement is obtained, the amount of aberration to be corrected is larger than in the case of an optical system using an objective lens having a high NA number or an optical system with a short wavelength. Since the required amount of displacement of the mirror shape is several to several tens of times the wavelength of the light used, it is impossible to obtain such a large displacement in the configuration shown in FIG. In order to correct spherical aberration, first, the mirror shape is a circle, and secondly, the mirror needs to be deformed into a spherical surface. In order to transform into a spherical surface, symmetry around the mirror-shaped optical axis is very important. Therefore, in order to dynamically hold the circular mirror in an axisymmetric manner, it is necessary to completely fix the mirror circumference. However, from the above description, the displacement of the piezoelectric element mirror whose circumference is completely fixed is remarkably small. Therefore, it has been difficult to achieve aberration correction by the piezoelectric element by the conventional method.
JP-A-10-241201 Japanese Patent Laid-Open No. 10-134400 Japanese Patent Laid-Open No. 10-039122 JP 2001-34993 A JP 2002-279777 A

本発明が解決しようとする課題は、小型、省電力、低電圧、安価で、精度の優れた収差補正ミラーを提供することである。特に球面収差を補正する実用的なミラーを提供することを目的とする。   The problem to be solved by the present invention is to provide an aberration correction mirror that is small in size, power saving, low voltage, inexpensive and excellent in accuracy. In particular, an object is to provide a practical mirror for correcting spherical aberration.

そのため、本発明は、基板と、圧電体と、前記圧電体をはさむ一対の電極膜と、弾性体と、光学反射膜から構成され、前記基板は光軸に関して概略対称形のキャビティ部をもち、前記一対の電極膜がそれぞれ第一電極および第二電極の少なくとも二つに分割され、第一電極は光軸に関して概略対称形であり、第二電極は第一電極を囲むように配置し、圧電体における第一電極と第二電極の部分では、分極の方向が互いに反対になるように分極処理され、前記第一電極間と前記第二電極では前記圧電体における電界が同一方向であるように電位が与えられて駆動されることを特徴とする。この収差補正ミラーでは電極が円形であるので、変形した場合のミラー形状が球面となり、球面収差を補正するのに最適である。また、電極分割位置において変曲点が生成されるので、低い電圧で数ミクロン程度の大きな変位が得られるという効果がある。さらに、ミラー形状を楕円形にすることにより、ミラーに入射する光束の角度が垂直の場合(この場合ミラー形状は円形)を含めて、すべての入射角において球面収差を補正することができるという効果を有する。 Therefore, the present invention comprises a substrate, a piezoelectric body, a pair of electrode films sandwiching the piezoelectric body, an elastic body, and an optical reflecting film, and the substrate has a cavity portion that is substantially symmetrical with respect to the optical axis, Each of the pair of electrode films is divided into at least two of a first electrode and a second electrode, the first electrode is substantially symmetrical with respect to the optical axis, the second electrode is disposed so as to surround the first electrode, The first electrode and the second electrode in the body are polarized so that the directions of polarization are opposite to each other, and the electric field in the piezoelectric body is in the same direction between the first electrodes and the second electrode. characterized Rukoto driven given potential. In this aberration correction mirror, since the electrodes are circular, the mirror shape when deformed becomes a spherical surface, which is optimal for correcting spherical aberration. Further, since an inflection point is generated at the electrode division position, there is an effect that a large displacement of about several microns can be obtained at a low voltage. Furthermore, by making the mirror shape elliptical, it is possible to correct spherical aberration at all incident angles, including when the angle of the light beam incident on the mirror is vertical (in this case, the mirror shape is circular). Have

本発明の別の形態は、前記キャビティ部が円形であることを特徴とする。この構成により、特に光束がミラーに垂直入射する際の球面収差が効果的に補正されるという効果を有する。   Another embodiment of the present invention is characterized in that the cavity portion is circular. This configuration has an effect of effectively correcting the spherical aberration particularly when the light beam is perpendicularly incident on the mirror.

本発明の別の形態は、前記第一電極形状が円形であることを特徴とする。この構成により、特に光束がミラーに垂直入射する際の球面収差が効果的に補正されるという効果を有する。   Another embodiment of the present invention is characterized in that the first electrode shape is circular. This configuration has an effect of effectively correcting the spherical aberration particularly when the light beam is perpendicularly incident on the mirror.

本発明の別の形態は、前記キャビティ部と第一電極形状が同心であることを特徴とする。この構成により、球面収差補正の精度が特に高くなるという効果を有する。   Another embodiment of the present invention is characterized in that the cavity portion and the first electrode shape are concentric. This configuration has an effect that the accuracy of spherical aberration correction is particularly high.

本発明の別の形態は、前記第一電極外径rと、前記第二電極外径Rの比r/Rが0.7以上1未満であることを特徴とする。比r/Rを略0.75に設定することにより、素子の外径にかかわらず、ある大きさの電圧を与えた場合に、最大の変位量が得られるという効果を有する。また、比r/Rが1に近づくにつれ、必要なあるミラー径に対して、素子全体のサイズが小さくなるので取り数が増加し、コストが安くなるという効果を有する。   Another aspect of the present invention is characterized in that a ratio r / R between the first electrode outer diameter r and the second electrode outer diameter R is 0.7 or more and less than 1. By setting the ratio r / R to approximately 0.75, there is an effect that the maximum amount of displacement can be obtained when a certain voltage is applied regardless of the outer diameter of the element. Further, as the ratio r / R approaches 1, the size of the entire element is reduced with respect to a necessary mirror diameter, so that the number of steps is increased and the cost is reduced.

本発明の別の形態は、ミラーの初期形状が概略平面であることを特徴とする。これにより、初期にミラー形状を形成する必要がなく、製作が容易であるという効果を有する。   Another embodiment of the present invention is characterized in that the initial shape of the mirror is substantially planar. Thereby, it is not necessary to form a mirror shape in the initial stage, and the manufacturing is easy.

本発明の別の形態は、前記第一電極からの引出し線が第一電極の軸に関して対称であることを特徴とする。この構成により、引出し線がミラー形状の対称性を破ることがないので、効果的な球面収差補正を行うことができる。   Another embodiment of the present invention is characterized in that the lead line from the first electrode is symmetric with respect to the axis of the first electrode. With this configuration, since the lead line does not break the symmetry of the mirror shape, effective spherical aberration correction can be performed.

本発明の別の形態は、前記圧電体が薄膜であることを特徴とする。これにより、適性な大きさの圧電歪を得るのに、バルクに比べて小さな電圧ですむという効果を有する。特に数ボルトから10数ボルトで必要な変形量が得られるという効果を有する。   Another embodiment of the present invention is characterized in that the piezoelectric body is a thin film. This has the effect that a voltage smaller than that of the bulk is required to obtain a piezoelectric strain having an appropriate size. In particular, there is an effect that a necessary deformation amount can be obtained from several volts to ten and several volts.

本発明の別の形態は、変形した圧電素子の第一電極だけをミラーとして用いることにより、球面形状の部分だけを選択的に使用することができ、最適な球面収差補正を行うことができる。   In another embodiment of the present invention, by using only the first electrode of the deformed piezoelectric element as a mirror, only a spherical portion can be selectively used, and optimal spherical aberration correction can be performed.

上記構成によって、反射面を精度良く変形させることができるので、収差特に球面収差を低減させることができ、光ピックアップとして用いた場合には、記録再生特性を向上させることができる。   With the above configuration, the reflecting surface can be accurately deformed, so that aberrations, particularly spherical aberration, can be reduced, and when used as an optical pickup, recording / reproducing characteristics can be improved.

請求項1記載の発明は、キャビティ部を有する基板と、前記キャビティ部に対向して設けられた圧電体と、前記圧電体をはさむ一対の電極膜と、前記キャビティ部に対向して設けられた弾性体と、前記キャビティ部に対向して設けられた光学反射膜とを備え、前記一対の電極膜がそれぞれ第一電極および第二電極の少なくとも二つに分割され、前記第二電極は前記第一電極を囲むように配置し、前記圧電体においては、前記第一電極間と前記第二電極間で、互いに異なる方向の分極処理がされ、前記第一電極間と前記第二電極では前記圧電体における電界が同一方向であるように電位が与えられて駆動されることを特徴とする光ピックアップ収差補正ミラーであり、光学反射膜を精度良く変形させることができるので、特に球面収差を小さくすることができる。 According to the first aspect of the present invention, a substrate having a cavity portion, a piezoelectric body provided opposite to the cavity portion, a pair of electrode films sandwiching the piezoelectric body, and provided opposite to the cavity portion An elastic body and an optical reflection film provided to face the cavity, wherein the pair of electrode films are each divided into at least two of a first electrode and a second electrode, and the second electrode is the first electrode The piezoelectric body is disposed so as to surround one electrode, and the piezoelectric body is subjected to polarization treatment in different directions between the first electrode and the second electrode, and between the first electrode and the second electrode, an optical science pickup aberration correcting mirror field in the body, characterized in Rukoto driven given the potential to be the same direction, it is possible to accurately deform the optical reflective film, in particular small spherical aberration It can be.

請求項2記載の発明は、前記キャビティ部が円形であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、一般的に入射される光束は断面円形状なので、光束のほぼ全体に渡って収差を補正できる。   The invention according to claim 2 is the optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the cavity portion is circular, and since the incident light beam is generally circular in cross section, it is almost Aberrations can be corrected throughout.

請求項3記載の発明は、前記第一電極が円形であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、一般的に入射される光束は断面円形状なので、光束のほぼ全体に渡って収差を補正できる。   The invention according to claim 3 is the optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the first electrode is circular, and since the incident light beam is generally circular in cross section, Aberrations can be corrected almost throughout.

請求項4記載の発明は、前記キャビティ部および前記第一電極が互いに同心であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、収差を確実に補正できる。   The invention according to claim 4 is the optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the cavity portion and the first electrode are concentric with each other, and the aberration can be reliably corrected.

請求項5記載の発明は、前記第一電極外径rと、前記第二電極外径Rの比r/Rが0.7以上1未満であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、効率的に反射膜を変形させることができ、製造の際の素子の取れ量も多くなるので、コスト面でも有利である。   According to a fifth aspect of the present invention, the ratio r / R between the first electrode outer diameter r and the second electrode outer diameter R is 0.7 or more and less than 1, and the optical according to claim 1 This is a pickup aberration correction mirror, which can efficiently deform the reflective film and increases the amount of elements that can be obtained during manufacturing, which is advantageous in terms of cost.

請求項6記載の発明は、ミラーの初期形状が概略平面であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、反射膜の初期状態を特定できるので、精度良い動作を実現できる。   The invention according to claim 6 is the optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the initial shape of the mirror is a substantially flat surface, and the initial state of the reflecting film can be specified, so that the operation is accurate. realizable.

請求項7記載の発明は、前記第一電極からの引出し線が第一電極の軸に関して対称であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、精度良く反射膜を変形させることができる。   The invention according to claim 7 is the optical pickup aberration correction mirror according to claim 1, wherein the lead-out line from the first electrode is symmetric with respect to the axis of the first electrode, and the reflective film is accurately formed. Can be deformed.

請求項8記載の発明は、前記圧電体が薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、比較的低電圧でも駆動可能となるので、省電力を実現できる。   The invention according to claim 8 is the optical pickup aberration correction mirror according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a thin film, and can be driven even at a relatively low voltage, so that power saving can be realized. .

請求項9記載の発明は、前記反射膜において、前記第一電極に対応する部分、もしくはその内側をミラーとして利用することを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラーにより、確実に収差を低減させることができる。   According to a ninth aspect of the present invention, in the reflective film, the portion corresponding to the first electrode or the inside thereof is used as a mirror. Aberration can be reduced.

請求項10記載の発明は、キャビティ部は光軸に関して概略対称形としたことを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、確実に収差を低減させることができる。   The invention according to claim 10 is the optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the cavity portion is substantially symmetrical with respect to the optical axis, and the aberration can be reliably reduced.

請求項11記載の発明は、第一の電極は光軸に関して概略対称形としたことを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ収差補正ミラーであり、確実に収差を低減させることができる。   An eleventh aspect of the present invention is the optical pickup aberration correcting mirror according to the first aspect, wherein the first electrode is substantially symmetrical with respect to the optical axis, and the aberration can be reliably reduced.

(実施例1)
以下、本発明の一実施の形態について、図1、図2、図3を用いて基本的構成を説明する。図1は圧電体3と弾性体4を合わせて接合した梁形状におけるユニモルフ型圧電素子の模式的な断面図を示している。圧電体3は+z方向に分極している。従来の技術に対して、本発明においては、分極方向は一方向でなく、図中左側の領域で+z方向、右側の領域で−z方向に分極処理する。このとき、図面左側の領域では、下に凸となり、図面右側の領域においては上に凸となることが前述の説明より理解される。したがって、両領域の境界付近に変曲点が発生する。このことを利用して、図2のように交互に反転した分極分布を与えると、中央部で上に凸、両端部で下に凸の形状となるように曲げモーメントが発生して変曲点が2箇所できるため、両端が拘束されている場合においても大きな変位を得ることができる。同様の方法を用いて、いくらでも変曲点をつくることができるので、実用的な変位量をもち、さまざまな収差に対応できる形状のミラーをつくることが可能である。図3は同様の効果を円形状で実現するためのひとつの形態を示す模式図であり、平面図、および中心を通る断面図を示す。圧電体3の上部には上部電極が、下部には下部電極が形成される。上部電極は絶縁部7により上部第一電極5および上部第二電極6に分割される。同様に下部電極も絶縁部7により下部第一電極8および下部第二電極9に分割される。この構成により、上部電極及び下部電極におけるそれぞれの第一電極と第二電極の領域において、互いに極性の異なる電界を印加することにより、互いに異なる方向に分極処理することが可能であり、前述のように大きな変位を得ることができるという効果を有する。また、本実施の形態では、絶縁部7は空間的なギャップを設けて構成したが、このギャップ内に二酸化シリコンやアルミナなどの絶縁材料を埋設して絶縁部7を構成しても良い。なお、以下で説明する第一電極及び第二電極と表現する場合には、第一電極は上部第一電極5と下部第一電極8の少なくとも一方を示し、第二電極は上部第二電極6と下部第二電極9の少なくとも一方を示す。
Example 1
Hereinafter, a basic configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a unimorph type piezoelectric element in a beam shape in which a piezoelectric body 3 and an elastic body 4 are joined together. The piezoelectric body 3 is polarized in the + z direction. In contrast to the prior art, in the present invention, the polarization direction is not unidirectional, but is polarized in the + z direction in the left region in the figure and in the −z direction in the right region. At this time, it can be understood from the above description that the region on the left side of the drawing is convex downward and the region on the right side of the drawing is convex upward. Therefore, an inflection point is generated near the boundary between both regions. Using this fact, when a polarization distribution that is alternately inverted as shown in FIG. 2 is given, a bending moment is generated so that a convex shape is formed at the center and a convex shape is formed at both ends. Can be obtained at two locations, so that a large displacement can be obtained even when both ends are constrained. Since any number of inflection points can be created using the same method, it is possible to create a mirror having a practical amount of displacement and capable of handling various aberrations. FIG. 3 is a schematic view showing one form for realizing the same effect in a circular shape, and shows a plan view and a cross-sectional view through the center. An upper electrode is formed on the upper portion of the piezoelectric body 3 and a lower electrode is formed on the lower portion thereof. The upper electrode is divided into an upper first electrode 5 and an upper second electrode 6 by an insulating portion 7. Similarly, the lower electrode is also divided into a lower first electrode 8 and a lower second electrode 9 by the insulating portion 7. With this configuration, the first electrode and the second electrode in the upper electrode and the lower electrode can be polarized in different directions by applying electric fields having different polarities to each other, as described above. In this case, a large displacement can be obtained. Further, in the present embodiment, the insulating portion 7 is configured with a spatial gap, but the insulating portion 7 may be configured by embedding an insulating material such as silicon dioxide or alumina in the gap. In addition, when expressing as the 1st electrode and 2nd electrode demonstrated below, a 1st electrode shows at least one of the upper 1st electrode 5 and the lower 1st electrode 8, and a 2nd electrode is the upper 2nd electrode 6 And at least one of the lower second electrode 9 is shown.

次に光学ピックアップの基本的な構成例を図16に示す。光源47から発せられた光束はビームスプリッター49を透過し、立ち上げミラーを兼用する収差補正ミラー48で反射され、対物レンズ41を通って、光ディスク42に結像する。そこで反射した光は収差補正ミラーで反射して、ビームスプリッター49を反射して受光素子40において電気信号に変換される。この構成においては、光束は収差補正ミラー48に45度入射する。収
差補正ミラー48はドライバ50から制御電圧を供給される。ドライバ50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40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、収差補正ミラーの曲率を変化させることができる。特に、光源47から出射される光が青から青紫の短波長の光の場合上記構成は特に有用である。
Next, FIG. 16 shows a basic configuration example of the optical pickup. The light beam emitted from the light source 47 passes through the beam splitter 49, is reflected by the aberration correction mirror 48 that also serves as a rising mirror, passes through the objective lens 41, and forms an image on the optical disk 42. The reflected light is reflected by the aberration correction mirror, reflected by the beam splitter 49, and converted into an electrical signal by the light receiving element 40. In this configuration, the light beam enters the aberration correction mirror 48 at 45 degrees. The aberration correction mirror 48 is supplied with a control voltage from the driver 50. The driver 50 determines the value of the control voltage based on a signal from at least one light receiving means such as a light receiving means for monitoring (not shown) or a light receiving element 40 for detecting the amount of spherical aberration, The curvature can be changed. In particular, the above configuration is particularly useful when the light emitted from the light source 47 is light of a short wavelength from blue to violet.

別の形態における光学ピックアップの構成を図17に示す。光源47から発せられた光束は偏光ビームスプリッター44を透過し、立ち上げミラー45を反射し、1/4波長板43および対物レンズ41を経て光ディスク42上で集光する。その後、光ディスク42を反射した光は偏光状態を90度変え、立ち上げミラー45を経て、偏光ビームスプリッター44で反射され、もう一枚の1/4波長板43を透過し収差補正ミラー48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44を透過して、受光素子40において電気信号に変換される。収差補正ミラー48はドライバ50から制御電圧を供給される。ドライバ50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40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、収差補正ミラーの曲率を変化させることができる。特に、光源47から出射される光が青から青紫の短波長の光の場合上記構成は特に有用である。   FIG. 17 shows a configuration of an optical pickup in another form. The light beam emitted from the light source 47 is transmitted through the polarization beam splitter 44, reflected from the rising mirror 45, and condensed on the optical disk 42 through the quarter wavelength plate 43 and the objective lens 41. Thereafter, the light reflected from the optical disk 42 changes its polarization state by 90 degrees, passes through the rising mirror 45, is reflected by the polarization beam splitter 44, passes through the other quarter wavelength plate 43, and is reflected by the aberration correction mirror 48. Then, after passing through the quarter-wave plate again to change the polarization state by 90 degrees, it passes through the polarizing beam splitter 44 and is converted into an electric signal by the light receiving element 40. The aberration correction mirror 48 is supplied with a control voltage from the driver 50. The driver 50 determines the value of the control voltage based on a signal from at least one light receiving means such as a light receiving means for monitoring (not shown) or a light receiving element 40 for detecting the amount of spherical aberration, The curvature can be changed. In particular, the above configuration is particularly useful when the light emitted from the light source 47 is light of a short wavelength from blue to violet.

次に、本発明の一実施の形態における収差補正ミラーの具体構成について、図4、図5、図6を用いて説明する。図4は収差補正ミラーの層構成を示す断面図である。図4において、基板16にはキャビティ部33が形成される。層構成は下から順にキャビティ部33内に設けられた反射膜29、キャビティ部33を覆うように設けられ反射膜29及び基板16に接合した弾性体4、弾性体4の上の略同一平面で設けられた下部第一電極8及び下部第二電極9、下部第一電極8及び下部第二電極9を覆うように弾性体4の上に設けられた圧電体3、圧電体3の上の略同一平面に設けられた上部第一電極5及び上部第二電極6、上部第一電極5及び上部第二電極6を覆うように圧電体3の上に設けられた弾性体4が配置され、キャビティ部33の直径内の範囲では膜が自由に変形することができる。キャビティ部33の円周は膜の変位を拘束する固定境界の役割をもち、このキャビティ部33は基板16の一部を取り除き、凹部を形成することで、基板16の他の部分よりも薄くして設けられる。図5は下部電極平面図を示す。下部電極は、絶縁部7によって、円形の下部第一電極8および、下部第一電極と同心で環状の下部第二電極9の二つの電極に分割される。下部第一電極8からは電極パッド20へ、下部第二電極9からは電極パッド21へ結線される。図6は上部電極平面図を示す。上部電極も下部電極と同様の形状に分割され、上部第一電極5、上部第二電極6、および絶縁部7から構成される。上部第一電極5と上部第二電極6からはそれぞれ電極パッド25、26へ配線が引き回される。上部電極および下部電極のいずれにおいても第二電極には一部に電極を非配置とした部分が設けられ、この電極の非配置の部分を通って、第一電極から引き出された配線が設けられており、第二電極は環状であり、しかも略C字型となっている。 Next, a specific configuration of the aberration correction mirror according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the layer structure of the aberration correction mirror. In FIG. 4, a cavity portion 33 is formed in the substrate 16. The layer structure is the reflective film 29 provided in the cavity part 33 in order from the bottom, the elastic body 4 provided so as to cover the cavity part 33 and bonded to the reflective film 29 and the substrate 16, and substantially the same plane on the elastic body 4. The lower first electrode 8 and the lower second electrode 9 provided, the piezoelectric body 3 provided on the elastic body 4 so as to cover the lower first electrode 8 and the lower second electrode 9, and substantially above the piezoelectric body 3. An elastic body 4 provided on the piezoelectric body 3 is disposed so as to cover the upper first electrode 5 and the upper second electrode 6, the upper first electrode 5 and the upper second electrode 6 provided in the same plane, and the cavity In the range within the diameter of the portion 33, the film can be freely deformed. The circumference of the cavity portion 33 serves as a fixed boundary that restrains the displacement of the film. The cavity portion 33 is made thinner than the other portions of the substrate 16 by removing a part of the substrate 16 and forming a recess. Provided. FIG. 5 shows a plan view of the lower electrode. The lower electrode is divided into two electrodes, a circular lower first electrode 8 and an annular lower second electrode 9 concentric with the lower first electrode by the insulating portion 7. The lower first electrode 8 is connected to the electrode pad 20, and the lower second electrode 9 is connected to the electrode pad 21. FIG. 6 shows a plan view of the upper electrode. The upper electrode is also divided into the same shape as the lower electrode, and is composed of the upper first electrode 5, the upper second electrode 6, and the insulating portion 7. Wirings are routed from the upper first electrode 5 and the upper second electrode 6 to the electrode pads 25 and 26, respectively. In each of the upper electrode and the lower electrode, the second electrode is provided with a portion where the electrode is not arranged in part, and a wiring drawn from the first electrode is provided through the non-arranged portion of the electrode. The second electrode has an annular shape and is substantially C-shaped.

次に上記構成を作製する例について説明する。まず、平板状の基板16の一面に弾性体4,下部第一電極8及び下部第二電極9を形成し、その上に圧電体3を形成し、圧電体3の上に上部第一電極5及び上部第二電極6を形成し、その上に弾性体4を設ける。その後に、前記積層膜を形成した基板16の面と反対側の面にフォトリソグラフ技術などを用いてパターニングし、ドライエッチングやウエットエッチングを行って、基板16側の弾性体4がむき出しになるまで、加工する。その後に弾性体4にエッチングを行った側から反射膜29を形成する。   Next, an example of manufacturing the above configuration will be described. First, the elastic body 4, the lower first electrode 8 and the lower second electrode 9 are formed on one surface of the flat substrate 16, the piezoelectric body 3 is formed thereon, and the upper first electrode 5 is formed on the piezoelectric body 3. And the upper 2nd electrode 6 is formed and the elastic body 4 is provided on it. Thereafter, patterning is performed on the surface opposite to the surface of the substrate 16 on which the laminated film is formed using a photolithography technique or the like, and dry etching or wet etching is performed until the elastic body 4 on the substrate 16 side is exposed. To process. Thereafter, a reflective film 29 is formed from the side where the elastic body 4 is etched.

また、他の方法としては、上記工程において、弾性体4がむき出しになるまでエッチングせず、エッチング部分に基板16の一部を残す。この基板16の一部は非常に薄く形成されるので、容易に変位可能とすることができる。上述と同様に基板16の薄くなった部
分に反射膜29を形成する。
As another method, in the above process, etching is not performed until the elastic body 4 is exposed, and a part of the substrate 16 is left in the etched portion. Since a part of the substrate 16 is formed very thin, it can be easily displaced. Similar to the above, the reflective film 29 is formed on the thinned portion of the substrate 16.

更に他の方法として、上記積層膜を別基板上に形成し、しかも基板16にキャビティ部33となる貫通孔もしくは凹部を形成し、その後に別基板を基板16に押し当て上記積層膜を基板16のキャビティ部33を覆うように転写する方法でも良い。   As still another method, the laminated film is formed on another substrate, and a through hole or a recess serving as the cavity portion 33 is formed in the substrate 16, and then the other substrate is pressed against the substrate 16 and the laminated film is applied to the substrate 16. Alternatively, a method of transferring so as to cover the cavity portion 33 may be used.

なお、本実施の形態では、キャビティ部33は上記積層膜が設けられている側と反対側が断面積が大きく、上記積層膜側は断面積が小さくなるように構成することで、光を効率よく反射膜29に導くことができるが、仕様などによっては、キャビティ部33は同一断面積で構成しても良いし、上記積層膜側の断面積を大きく、反対側の断面積を小さくしても良い。本実施の形態では、キャビティ部33の断面形状を円形としたので、上記積層膜側の断面の直径が小さく、その反対側の断面の直径が大きくなるように構成されている。   In the present embodiment, the cavity portion 33 is configured such that the cross-sectional area is large on the side opposite to the side where the laminated film is provided, and the cross-sectional area is small on the laminated film side, so that light can be efficiently transmitted. Although it can be led to the reflective film 29, the cavity 33 may be configured with the same cross-sectional area depending on the specifications, or the cross-sectional area on the laminated film side may be increased and the cross-sectional area on the opposite side may be decreased. good. In the present embodiment, since the cross-sectional shape of the cavity portion 33 is circular, the cross-sectional diameter on the laminated film side is small and the cross-sectional diameter on the opposite side is large.

また上記構成において、上部第一電極5と下部第二電極9を接地し、上部第二電極6と下部第一電極8に電圧Vを与えた場合の、反射膜の変位の等高線(a)および変位図(b)を図7に示す。図中C、C'およびD、D'はそれぞれ絶縁部、およびキャビティ部円周の位置に対応する。D,D'の位置がキャビティ円周であり、ここで変位が拘束されているので変位がゼロである。変位はC−D、C'−D'に対応する環状部において下に凸で、C、C'の境界を境にC−C'の径に対応する部分において上に凸となる。このように電極の分割位置を境に曲率の符号が逆転する理由は先に説明した通りである。球面収差の補正には一般に球面形状が必要であるが、C−C'における曲面形状は球面形状となっている。したがって、本発明においては、C−C’における曲面部分、すなわち、第一電極の形状に対応する反射膜の部分、もしくはその内側を用いる。これにより、非常に精度の高い収差補正を実現することが可能となる。   Further, in the above configuration, when the upper first electrode 5 and the lower second electrode 9 are grounded and the voltage V is applied to the upper second electrode 6 and the lower first electrode 8, the contour lines (a) of the displacement of the reflective film and A displacement diagram (b) is shown in FIG. In the figure, C, C ′ and D, D ′ correspond to the positions of the insulating portion and the cavity portion circumference, respectively. The position of D and D ′ is the cavity circumference, and since the displacement is constrained here, the displacement is zero. The displacement is convex downward at the annular portion corresponding to CD and C′-D ′, and convex upward at the portion corresponding to the diameter of CC ′ with the boundary of C and C ′ as the boundary. The reason why the sign of the curvature is reversed at the electrode division position as described above is as described above. In order to correct spherical aberration, a spherical shape is generally required, but the curved surface shape at CC ′ is a spherical shape. Therefore, in the present invention, the curved surface portion in C-C ′, that is, the portion of the reflective film corresponding to the shape of the first electrode, or the inside thereof is used. Thereby, it is possible to realize aberration correction with extremely high accuracy.

図8は収差ミラーに光ビームが斜め入射する場合において好ましく適用される収差補正ミラーにおける上部電極とキャビティ部33の形状の一例を示す(引出し電極および引回し電極は図示しない)。上部電極(図8(a))、およびキャビティ部33(図8(b))は同心の楕円形を形成する。この構成により、斜め入射光に対しても効果的に球面収差を補正することができる。下部電極は上部電極と同形である(以後、上部電極のみを用いて電極形状について説明する。)。なお、第一電極とキャビティ部の形状は光軸に関する対称性があればかならずしも(楕)円形である必要はない。例えば、図9に示すように、正六角形であってもよい。図9(a)、(b)はそれぞれ上部電極およびキャビティ部を示す(引出し電極および引回し電極は図示しない)。図10に図9の構成における変位の等高線およびE−E’断面における変位量のグラフを示す。中心軸を通る各断面において変位は2次と高次の偶数項で表される形状となる。C、C'は第一電極と第二電極を絶縁する分割位置に対応する場所である。また、D、D'はキャビティ部33の周に対応する場所である。全体の変位の等高線はキャビティ部の周辺部で正六角形の形を反映するが、中心に向かうとともに、円に収束していく様子がわかる。本発明によれば、第一電極の内部をミラー部として使用するので、電極形状が六角形であっても、良好に球面収差を補正することが可能である。   FIG. 8 shows an example of the shape of the upper electrode and the cavity portion 33 in the aberration correction mirror that is preferably applied when the light beam is obliquely incident on the aberration mirror (the extraction electrode and the routing electrode are not shown). The upper electrode (FIG. 8A) and the cavity 33 (FIG. 8B) form a concentric ellipse. With this configuration, spherical aberration can be effectively corrected even for obliquely incident light. The lower electrode has the same shape as the upper electrode (hereinafter, the electrode shape will be described using only the upper electrode). The shapes of the first electrode and the cavity need not be (elliptical) circular as long as they have symmetry with respect to the optical axis. For example, as shown in FIG. 9, it may be a regular hexagon. FIGS. 9A and 9B show the upper electrode and the cavity part, respectively (the extraction electrode and the routing electrode are not shown). FIG. 10 shows a displacement contour line and a displacement amount graph in the E-E ′ section in the configuration of FIG. 9. In each cross section passing through the central axis, the displacement has a shape represented by an even-numbered term of second order and higher order. C and C ′ are locations corresponding to the division positions that insulate the first electrode from the second electrode. D and D ′ are locations corresponding to the circumference of the cavity portion 33. The contour lines of the overall displacement reflect the shape of a regular hexagon at the periphery of the cavity, but it can be seen that it converges to a circle as it goes to the center. According to the present invention, since the inside of the first electrode is used as a mirror part, it is possible to correct spherical aberration satisfactorily even if the electrode shape is a hexagon.

このように、第一電極とキャビティ形状はいかなる正多角形であってもよい。また、第一電極とキャビティ形状は中心軸に対する何らかの対称性を有していれば必ずしも同形でなくともよい。たとえば、第一電極が円形で、キャビティ形状が正六角形であっても、本発明によれば同様の効果が得られる。   Thus, the first electrode and the cavity shape may be any regular polygon. Further, the first electrode and the cavity shape do not necessarily have the same shape as long as they have some symmetry with respect to the central axis. For example, even if the first electrode is circular and the cavity shape is a regular hexagon, the same effect can be obtained according to the present invention.

キャビティ部の円周によって変位が拘束されるので、第二電極の形状は本質的に重要な役割を果たさない。従って、少なくとも、キャビティ部と同形か、もしくはキャビティ部を完全に包含するような形状であればいかなる形状であっても本発明の効果を減じない。   Since the displacement is constrained by the circumference of the cavity, the shape of the second electrode essentially does not play an important role. Therefore, the effect of the present invention is not reduced even if the shape is at least the same shape as the cavity portion or the shape completely including the cavity portion.

なお、第一電極から電極パッドまでの配線部は中心軸から放射状に何本配設してもよい。図11では中心軸に関して4回対称になるように4本出している(引回し線は図示しない)。8回対称で8本引き出すことも可能である。できるだけ少ない本数で対称性を高くするように引出し線を配設することが好ましい。また、引回し線はキャビティ部分よりも外側に配置するので、いかなる幾何形状も本発明による効果を減じない。   Any number of wiring portions from the first electrode to the electrode pad may be arranged radially from the central axis. In FIG. 11, four lines are drawn so as to be four-fold symmetric with respect to the central axis (not shown). It is also possible to draw out 8 lines with 8 times symmetry. It is preferable to arrange the lead lines so as to increase the symmetry with as few as possible. In addition, since the lead line is arranged outside the cavity portion, any geometric shape does not reduce the effect of the present invention.

以下に、汎用解析ソフトANSYSを用いて計算した計算例を示す。キャビティを半径2mmの円とし、キャビティ部上の厚み10.7μmの円柱を解析領域とした。層構造は下から、SiO2(弾性体):1μm、Ti(下部電極):0.2μm、PZT(圧電体):3μm、Cr(上部電極):0.5μm、SiO2(弾性体):1μm、Ni(弾性体):5μmの構成とした。上部電極、下部電極とも20μmの環状絶縁部によって第一電極と第二電極に分割した。第一電極はキャビティ部と同心の半径1.49の円(柱)であり、第二電極は内半径1.51mm、外半径2.0mmの環状(柱)とした。上部第一電極5に0V、下部第一電極8に10V、上部第二電極6に10V、下部第二電極9に0Vを与えて圧電解析を行い、図12のような変位を得た。図12はキャビティ部33全体において、中心軸を通るある断面における変位量を表す。第一電極の内部、つまり、−1.49から+1.49の範囲において、球面形状が得られていることが分かる。図13は同様の構成で4、5、6Vの電位差を与えた場合の変位データを最大変位部(中心)を原点として変位の絶対値をプロットしたグラフを示し、ミラー部(反射膜29)だけの変位形状と変位量を示している。このように、電位差の大きさを変化させることにより、異なる形状係数をもつ球面形状が得られる。 A calculation example calculated using general-purpose analysis software ANSYS is shown below. The cavity was a circle with a radius of 2 mm, and a 10.7 μm thick cylinder on the cavity was used as the analysis region. From the bottom, the layer structure is SiO 2 (elastic body): 1 μm, Ti (lower electrode): 0.2 μm, PZT (piezoelectric body): 3 μm, Cr (upper electrode): 0.5 μm, SiO 2 (elastic body): 1 μm, Ni (elastic body): 5 μm. Both the upper electrode and the lower electrode were divided into a first electrode and a second electrode by a 20 μm annular insulating portion. The first electrode was a circle (column) having a radius of 1.49 concentric with the cavity portion, and the second electrode was a ring (column) having an inner radius of 1.51 mm and an outer radius of 2.0 mm. Piezoelectric analysis was performed by applying 0 V to the upper first electrode 5, 10 V to the lower first electrode 8, 10 V to the upper second electrode 6, and 0 V to the lower second electrode 9, and obtained a displacement as shown in FIG. FIG. 12 shows the amount of displacement in a certain cross section passing through the central axis in the entire cavity portion 33. It can be seen that a spherical shape is obtained inside the first electrode, that is, in the range of −1.49 to +1.49. FIG. 13 shows a graph in which the absolute value of the displacement is plotted with the displacement data when the potential difference of 4, 5 and 6 V is applied in the same configuration and the maximum displacement portion (center) as the origin, and only the mirror portion (reflection film 29). The displacement shape and the amount of displacement are shown. Thus, spherical shapes having different shape factors can be obtained by changing the magnitude of the potential difference.

さらに、同じ構成において、上部電極のキャビティ部33の半径方向における分割位置をキャビティ半径に対して1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8と変えた場合のキャビティ部33全体の径方向における変位図を図14に示す。位置はキャビティ半径で規格化してある。■は電極分割位置を示す。このように、電極の分割位置を変化させることによっても変位量および変形形状を変化させることができる。図15は、電極の分割位置に対するキャビティ部とミラー部それぞれにおける最大変位量の関係を示す。これにより、ミラー部(反射膜29)変位量が分割比r/R=0.75近傍で極大であることを発見した。ここでrおよびRはそれぞれミラー半径とキャビティ半径である。すなわち、電極分割比r/Rが0.7〜0.8の範囲で特に効率よく大きな変形量を得ることを見出した。一方で、ミラー部(反射膜29)を半導体プロセスにより作成し、ウェハーから切り出す場合を考えると、ミラー径を確定した場合、ミラーの取り数は分割比r/Rが1に近いほど大きくなり、コストが安価になる。従って、ミラーの変形効率とコストを最適化させるためには、電極分割比r/Rがおよそ0.7以上1未満であることが好ましいということが導かれる。また、キャビティ径1.5mm、1mmでも同様の解析を行い図15と同様の結果を得た。さらに、図9に示すような六角形のキャビティと電極形状においても、六角形の外接円について分割比r/Rを定義すると、同様に0.7〜0.8の範囲でミラー部変位量の最大値を得た。以上からミラー径とキャビティ径の比を0.7以上1未満にとることで、およそ任意の形状と任意のサイズにおいて最も効率的で安価な収差補正ミラーを提供することができる。   Further, in the same configuration, the division position in the radial direction of the cavity portion 33 of the upper electrode is set to 1/8, 2/8, 3/8, 4/8, 5/8, 6/8, 7 / with respect to the cavity radius. FIG. 14 shows a displacement diagram in the radial direction of the entire cavity portion 33 when changed to 8. The position is normalized by the cavity radius. (2) indicates the electrode division position. Thus, the displacement amount and the deformed shape can be changed also by changing the electrode dividing position. FIG. 15 shows the relationship between the maximum displacement amount in each of the cavity portion and the mirror portion with respect to the electrode division position. As a result, it was discovered that the amount of displacement of the mirror part (reflective film 29) is a maximum in the vicinity of the division ratio r / R = 0.75. Here, r and R are a mirror radius and a cavity radius, respectively. That is, it was found that a large deformation amount can be obtained particularly efficiently when the electrode split ratio r / R is in the range of 0.7 to 0.8. On the other hand, when the mirror part (reflective film 29) is created by a semiconductor process and cut out from the wafer, when the mirror diameter is determined, the number of mirrors taken increases as the division ratio r / R approaches 1, Cost is low. Therefore, in order to optimize the deformation efficiency and cost of the mirror, it is derived that the electrode division ratio r / R is preferably about 0.7 or more and less than 1. Further, the same analysis was performed with a cavity diameter of 1.5 mm and 1 mm, and the same results as in FIG. 15 were obtained. Furthermore, in the hexagonal cavity and the electrode shape as shown in FIG. 9, when the division ratio r / R is defined for the hexagonal circumscribed circle, the mirror portion displacement amount is similarly in the range of 0.7 to 0.8. The maximum value was obtained. From the above, by setting the ratio of the mirror diameter to the cavity diameter to be not less than 0.7 and less than 1, it is possible to provide an aberration correction mirror that is most efficient and inexpensive in about an arbitrary shape and an arbitrary size.

なお、上記の例は、好適な例を示したにすぎない。本発明を用いる限り、実用的ないかなる圧電体3、弾性体4を用いてもダイナミックな球面収差を効果的に補正することができる。たとえば、圧電体3としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)をはじめ、水晶、LiLiNbO3、LiTaO3、KNbO3、ZnO、AlN、Pb(Zr,Ti)O3、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等を用いることができる。また、弾性体4としてはNi、Ti、Cu、Cr、Au、Pt、金属、また、第一電極とキャビティ部33に関しては、中心軸に関して、ある程度の対称性がありさえすればいかなる形状でも球面収差を効
果的に補正することが可能である。第二電極はキャビティ部33と同形か、もしくはキャビティ部33を包含する形状であれば、配線ができる範囲で、まったく任意である。また、上部電極を共通電極とし、下部電極を分割しても、まったく同じ効果が得られることは明らかである。さらに、上部電極、下部電極の両方を分割してもよい。
The above example is only a preferable example. As long as the present invention is used, dynamic spherical aberration can be effectively corrected by using any practical piezoelectric body 3 and elastic body 4. For example, the piezoelectric body 3 includes PZT (lead zirconate titanate), quartz, LiLiNbO 3 , LiTaO 3 , KNbO 3 , ZnO, AlN, Pb (Zr, Ti) O 3 , PVDF (polyvinylidene fluoride), and the like. Can be used. The elastic body 4 is Ni, Ti, Cu, Cr, Au, Pt, metal, and the first electrode and the cavity 33 are spherical in any shape as long as there is some degree of symmetry with respect to the central axis. It is possible to correct aberrations effectively. As long as the second electrode has the same shape as the cavity portion 33 or a shape including the cavity portion 33, the second electrode is completely arbitrary as long as wiring is possible. It is clear that the same effect can be obtained even if the upper electrode is a common electrode and the lower electrode is divided. Further, both the upper electrode and the lower electrode may be divided.

なお、本実施の形態では、光ピックアップについて説明したが、その他の光学装置などにも当然応用が可能である。   In this embodiment, the optical pickup has been described. However, the present invention can naturally be applied to other optical devices.

以上述べたように、本発明によれば、非常に小型で、省電力で、応答性にすぐれた、精度の高い球面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。   As described above, according to the present invention, it is possible to perform highly accurate spherical aberration correction that is very small, power-saving, and excellent in responsiveness. Therefore, a CD / DVD drive recorder, decoder, CD / It can be used for an optical pickup used in a DVD drive or the like, in particular, an optical pickup using a blue laser or an optical apparatus that requires correction of aberration.

本発明による収差補正ミラーの動作原理を示す図The figure which shows the principle of operation of the aberration correction mirror by this invention 本発明による収差補正ミラーの動作原理を示す図The figure which shows the principle of operation of the aberration correction mirror by this invention 本発明による収差補正ミラーの模式的に示す図The figure which shows typically the aberration correction mirror by this invention 本発明による収差補正ミラーの断面図Sectional view of an aberration correction mirror according to the present invention 本発明による収差補正ミラーにおける下部電極の平面図The top view of the lower electrode in the aberration correction mirror by this invention 本発明による収差補正ミラーにおける上部電極の平面図The top view of the upper electrode in the aberration correction mirror according to the present invention 本発明による収差補正ミラーの変位等高線図と変位を示す図The displacement contour map of the aberration correction mirror according to the present invention and a diagram showing the displacement 本発明の別の形態における上部電極とキャビティ部の平面図The top view of the upper electrode and cavity part in another form of this invention 本発明の別の形態における上部電極とキャビティ部の平面図The top view of the upper electrode and cavity part in another form of this invention 本発明における収差補正ミラーの変位図Displacement diagram of aberration correction mirror in the present invention 本発明の別の形態における上部電極の平面図The top view of the upper electrode in another form of the present invention 本発明の実施例における変位を示す図The figure which shows the displacement in the Example of this invention 本発明による実施例におけるミラー部の変位を示す図The figure which shows the displacement of the mirror part in the Example by this invention. 本発明による実施例における変位図Displacement diagram in an embodiment according to the present invention 本発明による収差補正ミラーの最大変位量を示す図The figure which shows the maximum displacement amount of the aberration correction mirror by this invention 本発明による光学ピックアップの光路を示す図The figure which shows the optical path of the optical pick-up by this invention 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The figure which shows the optical path of the optical pick-up in another form by this invention 圧電素子の動作を示す斜視図Perspective view showing operation of piezoelectric element 圧電素子の動作を示す断面図Sectional view showing operation of piezoelectric element 従来の収差補正ミラーの動作を示す圧電素子の断面図Sectional view of a piezoelectric element showing the operation of a conventional aberration correction mirror

符号の説明Explanation of symbols

1 電圧印加(変形)前の圧電素子
2 電圧印加(変形)後の圧電素子
3 圧電体
4 弾性体
5 上部第一電極
6 上部第二電極
7 絶縁部
8 下部第一電極
9 下部第二電極
16 基板
20 下部第一電極パッド
21 下部第二電極パッド
25 上部第一電極パッド
26 上部第一電極パッド
29 反射膜
33 キャビティ部
40 受光素子
41 対物レンズ
42 光ディスク
43 1/4波長板
44 偏光ビームスプリッター
45 立ち上げミラー
47 光源
48 収差補正ミラー
49 ビームスプリッター
50 ドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element before voltage application (deformation) 2 Piezoelectric element after voltage application (deformation) 3 Piezoelectric body 4 Elastic body 5 Upper first electrode 6 Upper second electrode 7 Insulating part 8 Lower first electrode 9 Lower second electrode 16 Substrate 20 Lower first electrode pad 21 Lower second electrode pad 25 Upper first electrode pad 26 Upper first electrode pad 29 Reflective film 33 Cavity part 40 Light receiving element 41 Objective lens 42 Optical disk 43 1/4 wavelength plate 44 Polarizing beam splitter 45 Raising mirror 47 Light source 48 Aberration correction mirror 49 Beam splitter 50 Driver

Claims (11)

キャビティ部を有する基板と、前記キャビティ部に対向して設けられた圧電体と、前記圧電体をはさむ一対の電極膜と、前記キャビティ部に対向して設けられた弾性体と、前記キャビティ部に対向して設けられた光学反射膜とを備え、前記一対の電極膜がそれぞれ第一電極および第二電極の少なくとも二つに分割され、前記第二電極は前記第一電極を囲むように配置し、前記第一電極間と前記第二電極間では、前記圧電体における分極の方向が互いに反対になるように分極処理され、前記第一電極間と前記第二電極では前記圧電体における電界が同一方向であるように電位が与えられて駆動されることを特徴とする光学ピックアップ収差補正ミラー。A substrate having a cavity portion, a piezoelectric body provided facing the cavity portion, a pair of electrode films sandwiching the piezoelectric body, an elastic body provided facing the cavity portion, and the cavity portion And a pair of electrode films each divided into at least two of a first electrode and a second electrode, and the second electrode is disposed so as to surround the first electrode. The polarization treatment is performed between the first electrodes and the second electrodes so that the directions of polarization in the piezoelectric bodies are opposite to each other, and the electric field in the piezoelectric bodies is the same between the first electrodes and the second electrodes. An optical pickup aberration correcting mirror, which is driven by being given a potential so as to be in a direction. 前記キャビティ部が円形であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the cavity is circular. 前記第一電極が円形であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the first electrode is circular. 前記キャビティ部および前記第一電極が互いに同心であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the cavity portion and the first electrode are concentric with each other. 前記第一電極外径rと、前記第二電極外径Rの比r/Rが0.7以上1未満であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 2. The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein a ratio r / R of the first electrode outer diameter r and the second electrode outer diameter R is 0.7 or more and less than 1. 5. ミラーの初期形状が概略平面であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 2. The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the initial shape of the mirror is a substantially flat surface. 前記第一電極からの引出し線が第一電極の軸に関して対称であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 2. The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein a lead line from the first electrode is symmetric with respect to an axis of the first electrode. 前記圧電体が薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a thin film. 前記反射膜において、前記第一電極に対応する部分、もしくはその内側をミラーとして利用することを特徴とする請求項1に記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 2. The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein a part corresponding to the first electrode or an inside thereof is used as a mirror in the reflective film. キャビティ部は光軸に関して概略対称形としたことを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 2. The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the cavity is substantially symmetrical with respect to the optical axis. 第一の電極は光軸に関して概略対称形としたことを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ収差補正ミラー。 2. The optical pickup aberration correcting mirror according to claim 1, wherein the first electrode is substantially symmetrical with respect to the optical axis.
JP2003325837A 2003-09-04 2003-09-18 Optical pickup aberration correction mirror Expired - Fee Related JP4487523B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003325837A JP4487523B2 (en) 2003-09-18 2003-09-18 Optical pickup aberration correction mirror
US10/933,501 US7369482B2 (en) 2003-09-04 2004-09-03 Optical pick-up aberration correcting mirror, aberration correcting method and optical pick-up
PCT/JP2004/013179 WO2005024809A2 (en) 2003-09-04 2004-09-03 Optical pick-up aberration correcting mirror, aberration correcting method and optical pick-up

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003325837A JP4487523B2 (en) 2003-09-18 2003-09-18 Optical pickup aberration correction mirror

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005092987A JP2005092987A (en) 2005-04-07
JP4487523B2 true JP4487523B2 (en) 2010-06-23

Family

ID=34456177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003325837A Expired - Fee Related JP4487523B2 (en) 2003-09-04 2003-09-18 Optical pickup aberration correction mirror

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4487523B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4580826B2 (en) * 2005-06-17 2010-11-17 株式会社東芝 Micromechanical devices, microswitches, variable capacitance capacitors, high-frequency circuits, and optical switches
JP2008097683A (en) * 2006-10-10 2008-04-24 Funai Electric Co Ltd Deformable mirror and optical pickup device with same
JP5076232B2 (en) 2007-05-09 2012-11-21 船井電機株式会社 Variable shape mirror, optical pickup device
JP5079540B2 (en) * 2008-02-20 2012-11-21 株式会社ニデック Method for manufacturing variable shape mirror and variable shape mirror
EP2123458B1 (en) 2008-05-20 2013-09-18 Ricoh Company, Ltd. Piezoelectric actuator, liquid-drop ejecting head, and liquid-drop ejecting apparatus
JP6455230B2 (en) * 2015-03-02 2019-01-23 株式会社デンソー Head-up display system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005092987A (en) 2005-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004347753A (en) Shape variable mirror element, method for manufacturing it, shape variable mirror unit and optical pickup
JP4240087B2 (en) Method for manufacturing deformable mirror
US7390100B2 (en) Variable-shape mirror and optical pickup device therewith
JP4487523B2 (en) Optical pickup aberration correction mirror
JP4470801B2 (en) Variable shape mirror and optical pickup device having the same
US20080291559A1 (en) Variable shape mirror and manufacturing method for variable shape mirror
US7369482B2 (en) Optical pick-up aberration correcting mirror, aberration correcting method and optical pick-up
JP4470420B2 (en) Optical pickup aberration correction mirror, aberration correction method, and optical pickup
US7329015B2 (en) Variable shape mirror and optical pickup device having the same
EP1912214A1 (en) Variable shape mirror and optical pickup device having the same
JP2006154765A (en) Mirror element and mirror array
JP4211817B2 (en) Method for manufacturing deformable mirror
JP2006012286A (en) Aberration compensation element, electronic equipment, and optical device
JP2007149317A (en) Variable-shape mirror and optical pickup apparatus therewith
JP2007148374A (en) Variable-shape mirror and optical pickup apparatus therewith
JP2005099086A (en) Wavefront aberration correction mirror and optical pickup
JP4266532B2 (en) Apparatus and method for detecting tilt of optical disk and aberration correcting mirror used therefor
JP2004070004A (en) Variable shape mirror, method for manufacturing the same, and optical information input/output device
JP2006113108A (en) Thin film element and method of manufacturing the same
JP3767836B2 (en) Deformable mirror and manufacturing method thereof
JP2008276854A (en) Variable shape mirror, manufacturing method thereof and optical pickup device
JP2004109277A (en) Wavefront aberration correction mirror and optical pickup
JP2005294347A (en) Shape variable element and shape variable mirror element
JP2006011022A (en) Element module for correcting aberrations
JP2008275829A (en) Deformable mirror, method of manufacturing same, and optical pickup apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060829

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20060913

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20091119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091222

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100309

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100322

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130409

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130409

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees