KR100863850B1 - 가변형 미러와 당해 가변형 미러를 구비한 정보 장치 및 보상 광학 장치 - Google Patents

가변형 미러와 당해 가변형 미러를 구비한 정보 장치 및 보상 광학 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 가변형 미러는 기판과, 상기 기판에 지지되고, 반사 영역의 형상이 변화될 수 있는 리플렉터와, 리플렉터의 복수 부분을 독립해서 구동하고, 그에 따라 상기 복수 부분과 상기 기판의 거리를 제어하는 복수의 구동부를 구비하고 있다. 복수의 구동부 각각은, 상기 기판에 마련된 복수의 전극과, 복수의 전극 중 선택된 한쪽에 부착됨으로써 회전축을 중심으로 회전 운동하는 회전 부재와, 회전 부재의 운동에 따라 리플렉터의 특정 부분과 상기 기판과의 거리를 변화시키는 작용 부재를 구비하고 있다.

Description

가변형 미러와 당해 가변형 미러를 구비한 정보 장치 및 보상 광학 장치{VARIABLE MIRROR AND INFORMATION APPARATUS COMPRISING VARIABLE MIRROR}
본 발명은 변위 가능한 광 반사 영역을 구비한 가변형 미러(deformable mirror) 및 매체로부터의 정보의 판독 및/또는 매체로의 정보의 기입을 행할 수 있는 정보 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 외부의 광원으로부터 입사된 광빔 혹은 내부에 구비한 광원으로부터의 광빔의 파면을 검출 보정하는 보상 광학 장치 및 파면 검출 장치에 관한 것이다.
광학적으로 정보를 검출하는 정보 장치의 종래예로서, 광디스크 장치를 설명한다. 광디스크 장치에서는, 레이저 광원으로부터 출사된 왕로광을 기록 매체인 광디스크로 조사하고, 반사된 복로광의 강도 변화를 검출한다. 그리고, 이 복로광의 강도 변화에 근거해서, 광디스크에 기재되어 있는 정보를 검출할 수 있다. 이런 종류의 정보 장치에서는, 신뢰성이 높은 재생 또는 기록을 행하기 위해, 광빔의 스폿 형상을 양호하게 유지할 필요가 있다. 이를 위해서는, 광로 중에서 발생하는 광빔의 파면(波面) 수차를 억제하는 것이 중요하다.
광디스크 장치의 경우, 파면 수차의 발생 요인에는, 광빔의 광축과 디스크 기록면과의 기울기(틸트), 디스크 기재 두께의 변화, 디스크에 묻은 지문 등의 오염에 의한 영향 등 다양한 것이 있고, 발생 요인에 따라 파면 수차의 종류도 다르다. 예컨대, 틸트에 의한 파면 수차는 코마 수차와 비점 수차가 지배적이고, 디스크 기재 두께의 변화에 의한 것은 구면 수차가 지배적이다.
종래, 광픽업의 출력 신호로부터 특정한 종류의 수차를 검출하여 이것을 보정하는 기술이 제안되고 있고, 이러한 구성은, 예컨대, 일본 특허 공개 제2000-155979호 공보에 기재되어 있다. 도 26(a) 및 도 26(b)를 참조하여 상기 공보에 기재되어 있는 종래의 정보 장치를 설명한다.
이 정보 장치에서는, 도 26(a)에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저 등의 광원(101)으로부터 출사된 광빔이, 하프 미러(302)를 통과하여 콜리메이트 렌즈(303)에서 대략 평행광으로 변환된 후, 파면 변환 소자(304)를 투과한다. 파면 변환 소자(304)를 투과한 광은, 그 후, 대물 렌즈(305)에 의해 광디스크(306)의 기판을 통해 기록 재생 정보면 상에 입사된다.
광디스크(306)의 기록 재생 정보면에서 반사된 광빔은, 다시 기판을 투과하고, 대물 렌즈(305), 파면 변환 소자(304) 및 콜리메이트 렌즈(303)를 순차 투과한다. 그리고, 하프 미러(302)에서 반사된 후, 홀로그램(309)에서 회절되어, 신호 검출용 광검출기(307)에 입사된다.
광검출기(307)는 정보 신호, 포커스 신호나 트래킹 신호 등의 제어 신호, 및 광빔의 수차를 검출하는 핀 다이오드 등의 광 검출 소자로 구성되어 있다. 이들 검출 소자는 각 신호 검출 시마다 독립적으로 구성되는 경우와, 기능을 통합하여 복수의 기능을 겸하는 경우가 있다. 검출된 수차는 신호 처리 회로(308)에서 처리되어, 파면 변환 소자(304)를 구동한다.
파면 변환 소자(304)는 두 매의 유리 기판 사이에 유지된 부분에 액정을 밀봉시킨 소자이다. 파면 변환 소자(304)는 광빔이 통과하는 부분을 복수의 영역으로 나누어, 각각의 영역에 독립적으로 전압을 인가하여 대응하는 부분의 굴절률을 변화시켜 파면의 위상을 변경한다.
광검출기(307) 및 홀로그램(309)의 일례로서, 도 26(b)에 파면 수차 중에서도, 특히 코마 수차를 검출하기 위한 구성을 나타낸다. 광디스크로부터 반사하여 집광하는 복로의 광빔(312)에 있어서, Y>0의 영역의 대략 중앙 부분(313)을 통과하는 광빔만을 영역(313) 이외의 영역을 통과하는 광빔으로부터 분리하여, 2분할시킨 광검출기(317a, 317b)에 집광시켜, 광 스폿(314)을 형성시킨다. 여기서, 수차가 발생하지 않을 때에, 광 스폿(314)은 광검출기(317a, 317b)의 분할선 상에 포커싱되어 형성되도록 구성되어 있다. 영역(313)은 Y축 방향으로 코마 수차가 발생하고 있을 때, 이것 이외의 영역을 통과하는 광빔에 대해서 위상이 선행하거나, 또는 지연되고 있는 광빔을 취출할 수 있도록 설정된다.
영역(313)을 통과하는 광빔의 위상이 지연되고 있는 경우에는, 해당 광빔은 광검출기의 검출면보다 후방에 집광되는 광빔으로 되어, 광검출기(317a, 317b)의 출력보다 크게 된다. 역으로 영역(313)을 통과하는 광빔의 위상이 선행하고 있는 경우에는, 해당 광빔은 광검출기의 검출면보다 전방에 집광하는 광빔으로 되어, 광검출기(317a)의 출력이 광검출기(317b)의 출력보다 작게 된다. 이와 같이 하여, 2분할 광검출기(317a, 317b)의 출력차 신호를 검출함으로써, 코마 수차의 양과 부호를 판별한다.
광검출기(307) 및 홀로그램(309)의 다른 예로서, 도 26(c)에, 특히, 구면 수차를 검출하기 위한 구성을 나타낸다. 광축(310)은 X-Y좌표계의 원점을 통과하는 것으로 된다. 광디스크로부터 반사되어 집광하는 복로의 광빔(322)에 있어서, 광축(310)을 중심으로 하는 직경이 다른 두 개의 동심원 사이에 유지된 영역 중 Y>0인 영역(323)을 통과하는 광빔만을, 영역(323) 이외의 영역을 통과하는 광빔으로부터 분리하고, 2분할된 광검출기(317a, 317b)에 집광시켜, 광 스폿(324)을 형성시킨다. 여기서, 수차가 발생하지 않을 때에, 광 스폿(324)은 광검출기(317a, 317b)의 분할선 상에 포커싱하여 형성되도록 구성되어 있다. 영역(323)은 구면 수차가 발생하고 있을 때, 이것 이외의 영역을 통과하는 광빔에 대하여 위상이 선행하거나, 또는 지연되고 있는 광빔을 취출할 수 있도록 설정된다.
영역(323)을 통과하는 광빔의 위상이 지연되고 있는 경우에는, 해당 광빔은 광검출기의 검출면보다 후방에 집광하는 광빔으로 되고, 광검출기(317a)의 출력은 광검출기(317b)의 출력보다 커진다. 역으로 영역(323)을 통과하는 광빔의 위상이 선행하는 경우에는, 해당 광빔은 광검출기의 검출면보다 전방에 집광하는 광빔으로 되어, 광검출기(317a)의 출력이 광검출기(317b)의 출력보다 작게 된다. 이와 같이 하여, 2분할 광검출기(317a, 317b)의 출력차 신호를 검출함으로써, 구면 수차의 양 과 부호를 판별한다. 다른 수차, 예컨대, 비점 수차에 대해서도, 광검출기(307) 및 홀로그램(309)의 배치와 형상을 최적으로 설계하면 이것을 검출하는 것이 가능하다.
또한, 파면 변환 소자(304)에는 액정 방식 이외에, 유연한 가변형 미러를 형성시켜 광로 길이를 제어하는 가변형 미러 방식이 있고, 이 기술 내용은 일본 특허 공개 평성 제11-14918호 공보에 개시되어 있다. 이것은 유연한 변형판의 표면에 금속 박막을 증착하여 미러면으로 하고, 변형판의 이면 측에는 소정의 간격을 두어 대향하는 위치에 전극을 마련한 것으로, 이 전극에 인가 전압을 부여하는 것으로 변형판을 정전력으로 흡인하여 변형시키는 구성으로 되어 있다.
상기와 같은 정보 장치에는, 이하와 같은 과제가 있다.
우선, 첫 번째로, 파면 수차의 검출 및 보정이 특정한 형태의 것에 한정되기 때문에, 임의의 파면 수차에 대응하는 것이 곤란하다. 예컨대, 도 26(b)에 나타내는 바와 같이, Y축 방향의 코마 수차를 검출할 수 있도록 홀로그램(309) 및 광검출기(307)의 설계를 행한 경우에는, 이것 이외의 파면 수차(X축 방향의 코마 수차, 구면 수차, 비점 수차, 등등)를 정확하게 검출할 수 없게 된다. 도 26(c)에 나타내는 경우도 마찬가지이고, 구면 수차 이외에는 정확한 검출을 할 수 없다. 그런데도 일반적인 구면 수차는, 전술한 바와 같이, 틸트, 디스크 기재의 두께 편차나 복굴절, 지문 등과 같은 오염 등의 복합 요인에 의해 발생하고, 반드시 특정한 형태의 수차만이 발생하는 것은 아니다.
이와 같은 다양한 종류의 파면 수차를 정확하게 검출하는 것이, 특정한 파면 수차의 패턴에 근거하는 수차 검출의 구성에서는 곤란하다. 마찬가지로 파면 수차의 보정에 있어서도, 예컨대, 코마 수차 보정용의 액정 구동용 전극 패턴과 구면 수차 보정용의 액정 구동용 전극 패턴은 서로 다르고, 다양한 종류의 파면 수차를 정확하게 보정하는 것이 특정한 파면 수차의 패턴에 근거하는 수차 보정의 구성에서는 곤란하다.
두 번째로, 파면 보정의 보정 범위와 응답성이나 정밀도를 양립하는 것이 곤란하다. 액정을 이용한 파면 변환 소자의 경우, 액정층을 두껍게 하면, 파면의 보정 범위를 넓게 하는 것이 가능하지만, 한편으로 투과 효율의 감소나 응답 속도의 저하, 전극 패턴간의 광로 길이의 불연속성의 증대에 따른 보정 정밀도의 열화를 초래하고, 이들 특성을 양립하는 곤란하다. 또한, 가변형 미러에 따른 파면 변환 소자에서는 변형판으로 작용하는 정전력은 흡인력뿐이기 때문에, 종래예와 같은 구성에서는 변형판을 전극에 가까운 방향으로밖에 능동적인 구동을 할 수 없다는 과제가 있다. 따라서, 반대 방향으로의 구동력으로서는 한번 변형시켜 둔 변형판의 복원력에 의한 수동적인 힘뿐만 아니라, 구동력의 대칭성을 결여하고 있기 때문에 제어 정밀도나 응답성이 낮다. 또한, 이러한 수동적인 힘을 이용해서 쌍방향 구동을 행하기 위해서는, 어느 정도 미리 변형시킨 위치를 기준면으로 해야하기 때문에, 구동 감도의 개체 편차 등에 의해 기준면의 형상을 안정하게 재현하는 것이 어렵고, 이 때문에 보정 정밀도가 열화한다.
본 발명의 주된 목적은 다양한 종류의 수차에 대응할 수 있고, 고정밀도로 보정 범위가 넓고, 응답성에 우수한 파면 수차의 보정이 가능한 가변형 미러 및 당해 미러를 구비한 정보 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소형화, 저비용화가 용이하고, 상대 위치 정밀도가 높은 보상 광학 장치 및 파면 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 가변형 미러는, 기판과, 상기 기판에 지지되고, 개별적으로 구동될 수 있는 복수의 광 반사 영역을 갖는 리플렉터를 구비한 가변형 미러로서, 상기 복수의 광 반사 영역 각각을 독립하여 구동하고, 그에 따라 각 광 반사 영역과 상기 기판의 배치 관계를 제어하는 복수의 구동부를 더 구비하고, 상기 복수의 구동부 각각은 상기 기판에 지지된 복수의 전극과, 상기 복수의 전극 중 선택된 한쪽으로 끌어당기는 것에 의해, 회전축을 중심으로 회전하는 회전 부재와, 상기 회전 부재의 운동에 따라, 상기 반사 영역의 특정 부분과 상기 기판의 거리를 변화시키는 작용 부재를 구비하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 구동부는 각각 대응하는 반사 영역과 결합되고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회전 부재는 상기 회전축 상에 배치된 지지부와, 상기 지지부와 결합한 평판부를 갖고 있고, 상기 회전 부재의 상기 평판부는 상기 회전축에 관하여 대칭인 제 1 도전성 부분 및 제 2 도전성 부분을 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 평판부의 제 1 도전성 부분에 간격을 두고 대향하는 제 1 전극과, 상기 평판부의 제 2 도전성 부분에 간격을 두고 대향하는 제 2 전극을 포함하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 리플렉터의 각 광 반사 영역은 상기 작용 부재로서 기능하는 결합 부재를 거쳐, 대응하는 상기 구동부에 있어서의 상기 평판부의 제 1 도전성 부재 및 제 2 도전성 부재의 한 쪽에 결합하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 구동부 중 선택된 구동부에 있어서, 상기 평판부의 상기 제 1 도전성 부분과 상기 제 1 전극과의 간격, 및 상기 평판부의 상기 제 2 도전성 부분과 상기 제 2 전극과의 간격 중 어느 한 쪽을 상대적으로 짧게 하는 동작을 행함으로써, 상기 구동부에 결합하고 있는 상기 광 반사 영역의 표면에 있어서의 곡률을 변화시킬 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 동작은 상기 선택된 구동부에 있어서의 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 어느 한 쪽에 대하여 상대적으로 높은 전위를 인가함으로써 실행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 리플렉터는 그 둘레가 상기 기판에 고정된 변형 가능한 막으로 구성되어 있고, 상기 막에는 미리 장력이 부여되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사막은 상기 기판의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 재료로 형성되고, 상기 반사막은 사용 온도에 비해 고온 하에서 형성된 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 결합 부재는 상기 막으로부터 돌출하고, 상기 막의 재료와 동일한 재료로 형성된 부분이다.
바람직한 실시예에 있어서, 각 구동부에 있어서의 상기 결합 부재와 회전축 의 거리는 상기 기판 상에 있어서의 상기 구동부 위치의 함수로서 설정되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 리플렉터는 그 주변 가장자리보다 내측에 위치하는 고정점에서 상기 기판에 고정되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 구동부 중, 상기 고정점에 대하여 상대적으로 가까운 위치에 배치된 구동부는 상기 고정점으로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 구동부에 비해, 대응하는 결합 부재와 회전축의 거리가 작게 설정되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 리플렉터는 상호 분리된 복수의 미소경(微小鏡)으로 구성되어 있고, 상기 복수의 미소경은 각각 상기 복수의 구동부 중 서로 다른 구동부에 결합되어, 독립적으로 변위 가능하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동부에 구동 신호가 인가되지 않을 때, 상기 미소경의 반사면은 실질적으로 곡률이 0이 되는 가상적인 동일 평면 상에 배열되고, 상기 구동부에 구동 신호가 인가되어 있을 때, 상기 반사면은 상기 평면에 대하여 전방 또는 후방으로 변위한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 미소경은 상기 회전축에 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 형상을 갖고, 상기 구동부는 상기 회전축과 직교하는 방향을 길이 방향으로 하는 형상을 갖고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 구동부가 선택된 구동부를 지정하는 어드레스 신호와, 상기 어드레스 신호에 의해 지정된 상기 구동부로 인가되는 구동 신호를 수취하고, 상기 어드레스 신호 및 상기 구동 신호에 근거해서, 상기 선택된 구동부에 있어서의 상기 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 더 구비하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전압 인가 회로는, 제 1 클럭 신호에 의해 n(n은 2 이상의 정수)개의 출력값을 순환하여 갱신하는 어드레스 카운터와, 제 1 클럭을 n 분주하여 발생시킨 제 2 클럭 신호에 의해서 출력값을 갱신하는 카운터와, 상기 어드레스 카운터의 출력에 따라 저장한 구동 신호를 출력하는 메모리와, 상기 메모리의 출력과 상기 카운터의 출력을 비교하는 비교기와, 상기 비교기의 출력을 제 1 클럭 신호에 따라 시프트하는 시프트 레지스터와, 상기 시프트 레지스터의 출력을 상기 제 2 클럭 신호에 따라 래치하는 래치부를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 정보 장치는, 광원으로부터 출사된 왕로광을 매체에 조사하고, 상기 매체에 의해 변조된 복로광에 근거해서 상기 매체가 보유하는 정보를 검출하는 정보 장치에 있어서, 상기 복로광의 광축을 횡단하는 단면에 포함되는 복수의 검출 영역 각각에 대하여, 상기 복로광의 파면을 검출하는 파면 검출기와, 상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 중에 마련되어, 상기 광로를 횡단하는 면 상에 배열된 복수의 구동부의 동작에 의해 상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 길이를 국소적으로 변화시키는 파면 보정기와, 상기 파면 검출기의 복수 출력에 근거해서 상기 파면 보정기에 복수의 구동 신호를 공급하여, 상기 복로광의 전체 파면을 재구성시키는 제어부를 구비하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 비대각(非對角)인 변환 요소를 구비한 다입력 다출력 변환부를 갖고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 파면 검출기는 상기 검출 영역 각각에 대하여, 독립해서 상기 복로광을 편향하는 편향기와, 상기 검출 영역 각각에 대하여, 상기 편향기에 의해서 편향된 상기 복로광을 받는 복수의 수광부를 구비한 분할 포토디텍터를 갖는 광검출기를 구비하고, 상기 분할 포토디텍터의 복수의 분할부 각각의 출력을 비교하여, 상기 복로광의 각 검출 영역에서의 파면을 검출한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복로광의 강도가 상대적으로 낮은 부분에 배치된 검출 영역의 면적은 상기 복로광의 강도가 상대적으로 높은 부분에 배치된 검출 영역의 면적보다 크게 설정되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복로광은 광로 중심으로부터의 거리에 따라 감소하는 강도 분포를 갖고, 상기 광로 중심을 횡단하는 검출 영역의 면적은 다른 검출 영역의 면적보다 작고, 상기 광로 중심으로부터 멀어짐에 따라 검출 영역의 면적이 크게 설정되고, 상기 광로 중심으로부터의 거리가 동일한 검출 영역의 형상은 서로 대략 동일하며, 상기 광로 중심에 대해서 회전 대칭성을 갖고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 매체는 소정 방향으로 연장하는 회절 홈을 갖고, 상기 복수의 검출 영역은 상기 회절 홈에 의한 간섭 조건에 따라 분할되어 있고, 동일한 상기 검출 영역 내에서는, 상기 간섭 조건이 거의 동일하도록 설정되어 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 검출 영역은 상기 회절 홈에 의한 간섭 조건이 거의 동일하게 되는 영역이 복수로 분할된 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 편향기는 상기 검출 영역마다 다른 회절 격자 패턴을 갖는 홀로그램을 포함하고, 상기 홀로그램은 각 검출 영역마다 다른 적어도 두 개의 편향 방향으로 복로광을 편향하고, 상기 두 개의 편향 방향에 포함되는 제 1 편향 방향으로 편향된 복로광은 제 1 분할 방향으로 분할선을 마련한 제 1 분할 디텍터에 의해 수광되고, 상기 두 개의 편향 방향에 포함되는 제 2 편향 방향으로 편향된 복로광은 적어도 제 1 분할 방향과는 다른 제 2 분할 방향으로 분할선을 마련한 제 2 분할 디텍터에 의해 수광되며, 상기 각 분할선으로 분할된 디텍터끼리의 출력을 비교하여, 상기 분할선의 법선 방향인 서로 다른 두 방향의 파면 성분이 검출된다.
바람직한 실시예에 있어서, 복로광에 근거해서 매체가 보유하는 정보를 검출하는 매체 정보 검출부와, 상기 매체 정보 검출부의 출력에 근거해서 상기 파면 검출기의 출력을 유효로 하는 타이밍을 생성하는 타이밍부를 구비하되, 상기 파면 검출기는 상기 타이밍부로부터 출력된 상기 타이밍에 근거해서, 상기 복로광의 국소 파면을 검출한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 파면 보정기는 상기 왕로광 및/또는 복로광을 반사하는 반사경과, 상기 반사경을 정전력(靜電力)에 의해 쌍방향으로 변위시키는 복수의 구동부를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 정보 장치는, 광원으로부터 출사된 왕로광을 매체에 조사하여, 상기 매체에 의해 변조된 복로광에 근거해서 상기 매체가 보유하는 정보를 검출하는 정보 장치에 있어서, 상기 복로광의 광축을 횡단하는 단면에 포함되는 복수의 검출 영역 각각에 대하여, 상기 복로광의 파면을 검출하는 파면 검출기와, 상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 중에 마련되고, 상기 광로를 횡단하는 면 상에 배열된 복수의 구동부의 동작에 의해서 상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 길이를 국소적으로 변화시키는 파면 보정기와, 상기 파면 검출기의 복수 출력에 근거해서 상기 파면 보정기에 복수의 구동 신호를 공급하고, 상기 복로광의 전체 파면을 재구성시키는 제어부를 구비하되, 상기 파면 보정기는 상기 어느 하나에 기재된 가변형 미러를 구비하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 파면 검출기의 출력을 적분하는 적분부와 상기 적분부의 출력을 선형 변환하는 비대각(非對角)인 제 1 행렬 연산부를 구비한 정상 편차 보상부와, 상기 정상 편차 보상부의 출력과 상기 파면 검출기의 출력으로부터 파면 보정기의 상태를 연산 예측하는 비대각인 제 2 행렬 연산부를 구비한 안정화 보상부와, 상기 정상 편차 보상부의 출력과 상기 안정화 보상부의 출력과의 합을 입력하여 구동부로의 구동 신호를 생성하는 대각 변환부를 구비하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서는, 상기 대각 변환부가 비선형 연산을 행한다.
바람직한 실시예에 있어서, 출사광의 파장이 서로 다른 복수의 광원과, 상기 각 광원으로부터 출사된 각 파장의 왕로광을 상기 매체에 조사하는 광학계를 구비하고 있고, 상기 파면 보정기는 상기 광학계 중에 배치되고, 상기 파면 검출기는 상기 매체에 의해서 변조된 복로광을 각 파장마다 분리하고, 각 파장마다 상기 복로광의 파면을 검출한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 광원으로부터 출사된 왕로광을 집광하여 매체에 조사하는 대물 렌즈를 구비하고, 상기 대물 렌즈의 상기 매체쪽의 개구수는 선택된 광원에 따라, 제 1 값 및 상기 제 1 값보다 작은 제 2 값 중 어느 하나를 취할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수의 광원 중 적어도 하나의 광원은 발산 방향의 유한계 광으로서 기능하는 왕로광을 형성하고, 상기 왕로광이 입사하는 상기 대물 렌즈의 상기 매체쪽의 개구수는 제 2 값으로 설정된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 왕로광의 결상점(結像点)은 상기 대물 렌즈의 바로 앞에 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 대물 렌즈의 매체쪽의 개구수에 제 1 값을 취하게 한 경우에 보유하는 정보를 적절히 검출하도록 구성된 제 1 매체와, 상기 대물 렌즈의 매체쪽의 개구수에 제 2 값을 취하게 한 경우에 보유하는 정보를 적절히 검출하도록 구성된 제 2 매체를 입수 가능하게 마련하여, 상기 검출이 적절하게 행해졌는지 여부를 판별하여 상기 제 1 매체와 상기 제 2 매체를 식별하는 매체 식별부를 마련한 정보 장치에 있어서, 최초에 상기 대물 렌즈의 매체쪽의 개구수에 상기 제 2 값을 취하게 한 상태로 상기 매체 식별부에 의해 매체가 상기 제 2 매체인지 여부를 식별시킨 후에, 상기 대물 렌즈의 매체쪽의 개구수에 상기 제 1 값을 취하게 한 상태로 상기 매체 식별부에 의해 매체가 상기 제 1 매체인지 여부를 식별시킨다.
본 발명에 따른 또 다른 정보 장치는, 광원으로부터 출사된 왕로광을 대물 렌즈로 집광하여 매체에 조사하고, 상기 매체에 의해 변조된 복로광에 근거해서 상기 매체가 보유하는 정보를 검출하는 정보 장치에 있어서, 상기 복로광을 복수의 검출 영역으로 분할하고, 상기 각 검출 영역마다의 상기 복로광의 파면을 검출하는 파면 검출기와, 상기 파면 검출기의 복수 출력에 근거해서 상기 복로광 전체의 파면 곡률을 나타내는 값을 산출하는 곡률 산출부와, 상기 곡률 산출부의 출력에 근거해서 상기 대물 렌즈를 제어하는 대물 렌즈 제어부를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 보상 광학 장치는 광빔을 복수의 검출 영역으로 분할하여 편향시키는 편향기와, 상기 편향기에 의해서 편향시켜진 상기 광빔을 수광하는 위치에 배치된 광검출기와, 상기 광검출기의 출력에 근거해서 상기 광빔의 파면을 보정하는 파면 보정기를 구비한 보상 광학 장치에 있어서, 상기 편향기, 광검출기 및 파면 보정기가 동일 기판 상에 형성되어 있고, 상기 광빔이 상기 파면 보정 기록 매체에 입사하는 광로를 형성하는 평행 평판 형상의 유전체 부재를 더 구비하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 유전체 부재는 상기 기판의 주면에 대하여 평행하지 않은 경사면을 구비한 마이크로프리즘으로 형성되어 있고, 상기 경사면이 상기 광빔의 입사면 또는 출사면으로서 기능한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광빔의 입사 방향 또는 출사 방향은 상기 마이크로프리즘의 경사면에 대한 법선 방향과 대략 일치한다.
본 발명에 따른 다른 보상 광학 장치는 상기 어느 하나의 가변형 미러와, 상기 가변형 미러에 의해서 반사된 광이 매체에 의해서 변조된 광을 수취하는 광검출 기를 구비하고, 상기 가변형 미러 및 상기 광검출기가 동일 기판 상에 집적되어 있다.
본 발명에 따른 다른 정보 장치는 상기 어느 하나의 보상 광학 장치를 구비하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 정보 장치의 개략 구성도,
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 파면 위상 검출기의 개략 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 가변형 미러의 개략 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 액추에이터와 반사막의 분해 사시도,
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 가변형 미러의 평면도,
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 광빔 파면의 편향 동작 설명도,
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 가변형 미러의 확대 평면도,
도 8은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 제어부의 개략 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 정보 장치의 개략 구성도,
도 10(a) 및 도 10(b)는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 청색 레이저 모듈과 편광 홀로그램의 개략 구성도,
도 11(a) 내지 도 11(c)는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 포커스 오차와 포토디텍터로의 집광 위치와의 관계를 설명하는 원리 설명도,
도 12(a) 내지 도 12(c)는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 정보 기록 장치의 디스크 종류별의 광학계 개요도,
도 13은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 가변형 미러의 개략 구성도,
도 14(a) 및 도 14(b)는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 가변형 미러의 개략 구성도,
도 15는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 액추에이터와 반사경의 배치도,
도 16(a) 및 도 16(b)는 본 발명의 실시예 5에 있어서의 가변형 미러의 개략 구성도,
도 17은 본 발명의 실시예 6에 있어서의 보상 광학 장치의 개략 구성도,
도 18은 본 발명의 실시예 6에 있어서의 가변형 미러의 확대 분해 사시도,
도 19는 본 발명의 실시예 6에 있어서의 가변형 미러의 개략 구성도,
도 20(a) 및 도 20(b)는 본 발명의 실시예 6에 있어서의 홀로그램의 개략 구성도,
도 21(a) 내지 도 21(c)는 본 발명의 실시예 6에 있어서의 광검출기의 개략 구성도,
도 22는 본 발명의 실시예 6에 있어서의 제어부의 개략 구성도,
도 23은 본 발명의 실시예 7에 있어서의 보상 광학 장치의 개략 구성도,
도 24는 본 발명의 실시예 8에 있어서의 보상 광학 장치의 개략 구성도,
도 25(a)는 본 발명에 따른 실시예 9에 있어서의 정보 장치의 개략 구성도, 도 25(b)는 당해 정보 장치에 이용하는 보상 광학 장치의 사시도,
도 26(a) 내지 도 26(c)는 종래 정보 장치의 일례를 나타낸 구성도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
우선 도 1을 참조하면서, 본 발명의 정보 장치의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 실시예의 개략 구성도이다. 도 1의 정보 장치에서는, 광원으로 되는 레이저파장 405㎚의 GaN계 청자색 반도체 레이저(1)가 기록 매체에 대한 「기입/판독 광」으로서 기능하는 레이저광을 출사한다. 반도체 레이저(1)로부터 출사된 광은 콜리메이트 렌즈(2)에 의해서 대략 평행광으로 변환된 후, 정형 프리즘(3)에 입사된다. 정형 프리즘(3)은 굴절률이 서로 다른 두 개의 유리 재를 접합하여 색 수차를 감소시키도록 구성되어 있고, 타원형 빔을 원형 빔으로 정형(整形)시킬 수 있다.
정형 프리즘(3)으로부터 사출된 광은 편광 빔 스플리터(4)에 의해 P 편광과 S 편광으로 분리되고, P 편광은 렌즈(5)에 의해 전광(前光) 모니터(6)에 집광된다. 전광 모니터(6)는 반도체 레이저(1)의 출사광량을 일정하게 유지하기 위한 파워 제어를 목적으로 하는 광검출기이며, 이 출력은, 도시하지 않는 레이저 구동 전류 제 어 회로로 피드백되어, 반도체 레이저(1)의 구동 전류가 제어된다.
한편, 편광 빔 스플리터(4)로 분리된 S 편광은 1/4 파장판(7)을 통과하여 원편광(圓偏光)으로 변환된다. 이 원편광은 그 파면의 위상이 가변형 미러(deformable mirror)(8)에 의해서 보정된 후, 대물 렌즈(9)에 의해서 광디스크(10)의 기록층 상에 집광된다.
가변형 미러(8)는 변형 가능한 반사막과, 이것을 변형시키는 복수의 액추에이터를 구비하고 있다. 가변형 미러(8)에 의하면, 반사막의 복수 위치에서의 변위량을 제어함으로써, 상기 복수의 위치에 대응하는 광빔의 각 부분에서의 광로 길이를 조정하고, 파면의 위상을 보정할 수 있다. 가변형 미러(8) 구성의 상세에 대해서는 후술한다.
대물 렌즈(9)는 두 장의 렌즈를 조합시킨 조(組) 렌즈이며, 디스크 측의 개구수 NA는 0.75∼0.85로 설계된다.
본 실시예에서 이용하는 광디스크(10)는 편면 2층 기록 디스크이다. 이 광디스크(10)는 각각의 두께가 0.1∼0.6㎜인 두 장의 디스크 기판과, 각 디스크 기판 상에 마련된 상(相) 변화 기록 재료 또는 색소계 기록 재료로 이루어지는 기록층을 구비하고 있고, 두 장의 기판은 두께 30∼50㎛가 투명한 접착층을 거쳐서 접합되어 있다.
광디스크(10)의 각 섹터는 헤더부(10a), 미러부(10b)와 데이터부(10c)를 갖고 있다. 헤더부(10a)에는 리드 채널의 PLL 동기 기준으로 되는 VFO 신호와 어드레스 신호가 프리피트로 형성되어 있다. 미러부(10b)는 헤더부(10a)에 계속해서 형성되어 있고, 프리피트 및 그루브가 없는 평탄 영역이다. 미러부의 길이 1m는 이하의 수학식 1의 관계를 만족하도록 형성되어 있다. 그 결과, 적어도 집광된 빔 스폿(17)의 전체가 미러부(10b) 내에 수납된 상태에서, 후술하는 파면 위상 검출기(16)가 광 검출을 할 수 있게 되어 있다. 본 실시예에서는, 미러부의 길이 1m는 5∼10㎛로 설정되어 있다.
Figure 112003028092457-pct00001
데이터부(10c)에는 일정 주기로 워블링하는 깊이 1/6λ의 그루브가 형성되어 있고, 랜드부 및 그루브부의 쌍방에 기록이 행해진다. 워블링으로부터 판독되는 주기 신호는 기록 시의 클럭 동기를 취하기 위해서 이용된다.
디스크(10)에 의해서 반사된 광빔은 대물 렌즈(9)에 의해 다시 대략 평행광으로 변환된다. 그 광은 가변형 미러(8)로 반사된 후, 다시 1/4 파장판(7)을 통과하고, 또한 편광 빔 스플리터(4)를 통과하여 하프 미러(11)로 분할된다. 하프 미러(11)로 분할된 빔의 한쪽은, 집광 렌즈(12)에 의해서 구면파로 변환된다. 이 구면파는 홀로그램(20)에 의해 복수의 빔으로 분할되어, 광검출기(13)에 집광된다. 광검출기(13)는 대물 렌즈(9)의 포커스 제어 및 트래킹 제어를 행하기 위한 제어 검출 신호와, 헤더부(10a) 및 데이터부(10c)의 기록 신호를 검출한다. 광검출기(13)는 도시하지 않은 복수의 분할 수광 영역을 구비하고 있고, 이들 각 영역으로부터의 출력 신호를 합성하여 상기 신호를 생성한다.
포커스 제어 신호는 SSD(Spot Size Detection)법, 트래킹 제어 신호는 푸시 풀법에 의해서 작성된다. 홀로그램(20)의 그레이팅 패턴 및 광검출기(13)의 수광 영역 형상은 이들 신호가 적절히 얻어지도록 설계된다.
하프 미러(11)로 분할된 빔의 다른쪽은 렌즈 어레이(14)와 광검출기 어레이(15)를 구비한 파면 위상 검출기(16)로 유도된다. 파면 위상 검출기(16)의 상세에 대해서는 이후에 상술한다.
파면 위상 검출기(16)의 출력은 빔 스폿(17)이 미러부(10b) 내에 있는 소정의 타이밍에서만 샘플링되어, 가변형 미러(8)의 제어에 이용된다. 이 타이밍은 헤더부(10a)의 VFO 신호로부터 작성한 클럭 신호를 카운트함으로써 얻을 수 있다.
또, 대물 렌즈(9)는 가변형 미러(8)의 액추에이터가 구동되지 않는 상태에서, 2층의 광디스크(10) 중 광빔의 입사면에 가까운 제 1 층 측으로 포커싱하는 쪽이 제 2 층 측으로 포커싱하는 경우보다 수차가 작게 되도록 설계되어 있다.
다음에, 도 2(a) 내지 도 2(d)를 참조하면서, 본 실시예에서 이용하는 파면 위상 검출기(16)를 자세히 설명한다. 도 2(a) 내지 도 2(d)는 파면 위상 검출기(16)의 개략 구성을 나타내고 있다.
파면 위상 검출기(16)는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 검출 영역 각각에 대하여, 독립하여 복로광을 편향하는 렌즈 어레이(14)와, 검출 영역 각각에 대하여, 렌즈 어레이(14)에 의해 편향된 복로광을 받는 복수의 수광부를 구비한 광검출기 어레이(15)를 구비하고 있다.
렌즈 어레이(14)는 각각 별개의 초점을 갖는 19개의 렌즈를 집적한 편향기이며, 광빔(18)을 국소 영역(검출 영역)마다 집광할 수 있다. 광검출기 어레이(15) 는 렌즈 어레이(14)의 각 렌즈의 초점에 대응하는 위치에 배치된 pin형 4분할 포토 다이오드를 갖고 있다.
본 실시예에서는, 광빔(18)의 파면이 광축에 직교하는 평면으로 되는 경우, 바꿔 말하면, 광빔(18)이 완전한 평면파인 경우, 각 렌즈의 초점과 4분할 포토 다이오드 각각의 분할 중심이 일치하도록, 렌즈 어레이(14)와 광검출기 어레이(15)의 상호 위치 관계가 결정되어 있다.
광검출기 어레이(15)에는, 이것과 일체적으로 프리 앰프(19)가 마련되어 있고, 광검출기 어레이(15)의 출력은 프리 앰프(19)에서 증폭 연산된다.
도 2(b)는 렌즈 어레이(14)의 평면 레이아웃을 나타내고 있다. 렌즈 어레이(14)에 포함되는 각 렌즈(14a∼14s)는 대략 6각형 형상을 갖지만, 각 렌즈의 면적은 균일하지 않다. 렌즈 어레이(14)의 중심에 위치하는 14a는 가장 면적이 작고, 렌즈 어레이(14)의 중심으로부터의 반경 위치가 클수록 면적이 크다. 렌즈(14b∼14g)는 서로 형상 및 면적이 같고, 또한 각 렌즈의 면적을 14a의 면적보다 크게 설정하고 있다. 또한, 렌즈(14b∼14g)에 비해서 렌즈 어레이(14)의 중심으로부터 외측에 위치하는 렌즈(14h∼14s) 각각은 렌즈(14b∼14g) 각각보다 큰 면적을 갖도록 레이아웃되어 있다. 렌즈 어레이(14)의 중심으로부터의 거리에 관한 각 렌즈의 면적 비율의 분포는 광빔(18)의 광강도 분포의 역수에 비례하도록 설정되고, 그 결과, 렌즈(14a∼14s) 각각이 집광하는 광량이 서로 같게 되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 광빔(18)의 광강도 분포는, 가우스 분포적으로 중심 강도가 높고 주변 강도가 낮게 되어 있기 때문에, 이것에 맞추어 렌즈(14a∼14s)의 면적은 렌즈 어레이(14)의 중심에서 작고, 주변에서 크게 설정되어 있다. 그 결과, 평균 광강도×렌즈 면적으로 표현되는 렌즈마다의 집광 광량은 렌즈 어레이(14) 전체에서 거의 균일하게 된다. 따라서, 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 4분할 포토디텍터(15a∼15s) 각각이 수취하는 광량은 서로 거의 같이 되어, 4분할 포토디텍터(15a∼15s)의 출력 신호의 S/N비가 균등화된다. 그 결과, 4분할 포토디텍터(15a∼15s)의 전체에 대하여, 각 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또, 도 2(c)에서는, 4분할 포토디텍터(15a∼15s)와 렌즈(14a∼14s)의 상대 위치 관계를 나타내기 위해, 대응하는 렌즈의 분할 형상을 2점 쇄선으로 병기하고 있다. 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 4분할 광검출기(15a∼15s)는 각각 렌즈(14a∼14s)의 초점 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 4분할 포토디텍터(15a)는 광검출기 어레이(15)의 원점 O에 배치되고, 4분할 포토디텍터(15b∼15g)는 원점 O를 중심으로 하는 반경 r1의 동심원 상에 60° 간격으로 배치되어 있다. 또한, 4분할 포토디텍터(15h∼15s)는 원점 O를 중심으로 하는 반경 r2의 동심원 상에 30° 간격으로 배치되어 있다.
4분할 포토디텍터(15b∼15s)에서, 각 디텍터가 4분할하는 두 개의 분할선은 각각 원점 O를 향하는 반경 방향과 이것에 직교하는 접선 방향을 따라 형성되어 있다. 4분할 포토디텍터(15a)의 경우에는, 반경 방향과 접선 방향이라는 정의를 할 수 없기 때문에, 예외적으로 도면에서의 수평 방향과 수직 방향에 디텍터 분할선이 마련되어 있다.
각 4분할 포토디텍터(15a∼15s)는 하나 하나가 각 분할부에서의 광량에 따른 4 채널의 신호를 출력하기 때문에, 총 19×4 채널의 신호가 생성된다. 각 4 채널의 신호는 프리 앰프에 있어서 증폭, 연산되어, 광빔의 변위를 나타내는 2 채널의 차 신호와 1 채널의 합 신호의 총 3 채널의 출력 신호로 변환된다.
4분할 포토디텍터(15b)를, 예컨대, 도 2(d)를 이용하여 출력 신호를 생성하기 위한 구성을 설명한다. 도 2(d)는 4분할 포토디텍터(15b)와 프리 앰프(19b)의 구성을 나타내고 있다. 도 2(d)에 있어서, 참조 부호 「R」은 원점 O를 향하는 반경 방향을 나타내고, 참조 부호 「T」는 방향 R에 직교하는 접선 방향을 나타내고 있다.
4분할 포토디텍터(15b)는 R방향으로 연장한 분할선과 T 방향으로 연장한 분할선에 의해 영역(15ba∼15bd)으로 분할되어 있다. 프리 앰프(19b)는 전단의 네 개의 프리 앰프(19ba∼19bd)와, 후단의 두 개의 차동 앰프(19be, 19bf) 및 하나의 앰프(19bg)의 총 일곱 개의 앰프 그룹으로 이루어진다.
영역(15ba)의 출력은 프리 앰프(19ba, 19bc)로, 영역(15bb)의 출력은 프리 앰프(19bc, 19bd)로, 영역(15bc)의 출력은 프리 앰프(19bb, 19bd)로, 영역(15bd)의 출력은 프리 앰프(19ba, 19bb)로 각각 입력되어 증폭, 가산된다. 프리 앰프(19ba)의 출력은 차동 앰프(19be)의 +측과 앰프(19bg)로, 프리 앰프(19bb)의 출력은 차동 앰프(19bf)의 +측으로, 프리 앰프(19bc)의 출력은 차동 앰프(19bf)의 -측으로, 프리 앰프(19bd)의 출력은 차동 앰프(19be)의 -측과 앰프(19bg)에 각각 입력된다. 이것에 의해, 차동 앰프(19be)는 출력 Ybt, 차동 앰프(19bf)는 출력 Ybr, 앰프(19bg)는 출력 Sb를 각각 출력한다.
여기서, 출력 Ybt는 반경 방향 R로 연장하는 분할선 양측의 광량차를 나타내고, 집광점의 접선 방향 T로의 변위에 관한 신호이다. 이 신호를 (15ba+15bd)- (15bb+15bc)로 간단히 기재하는 것으로 한다. 출력 Ybr은 접선 방향 B로 연장하는 분할선 양측의 광량차를 나타내고, 집광점의 반경 방향 R로의 변위에 관계하는 신호이다. 이 신호도 간단히 (15bc+15bd)-(15ba+15bb)로 표현한다. 출력 Sb는 4 영역의 광량의 총합을 나타내는 신호이며, 이 신호도(15ba+15bb+15bc+15bd)로 기재한다.
도시하지 않지만, 모든 4분할 포토디텍터(15a∼15s)에 대하여 프리 앰프(19a∼19s)를 마련하고, 각각의 입출력의 관계는 상술한 15b와 19b와의 관계와 마찬가지로 설정한다. 이에 따라, 프리 앰프(19)는 Yat∼Yst, Yar∼Ysr, Sa∼Ss의 신호를 출력한다. 이들 신호에 근거해서 도 1에 있어서의 가변형 미러(8)의 제어 신호를 작성한다. 또, 원점 O에 있는 4분할 포토디텍터(15a)에 대해서는 반경 방향 R과 접선 방향 T를 정의할 수 없지만, 여기서는 도면에서의 수평 방향을 R 방향, 수직 방향을 T 방향이라고 편의상 결정하기로 한다.
다음에, 도 3 내지 도 5를 참조하면서 가변형 미러(8)의 구성을 설명한다. 본 실시예의 가변형 미러(8)는, 예컨대, 반도체 제조 프로세스 기술을 이용하여 제작할 수 있다. 본 실시예에서는, 복수 개의 액추에이터와, 각 액추에이터를 구동하기 위한 구동 회로를 동일한 실리콘 기판 상에 집적함으로써, 가변형 미러(8)를 제작하고 있다.
우선, 도 3을 참조한다. 도 3은 본 실시예에 있어서의 가변형 미러(8)의 개 략 구성을 나타내고 있다.
본 실시예의 가변형 미러(8)는 기판(21)과, 기판(21)에 지지되고, 반사면의 형상이 변화할 수 있는 반사막(리플렉터)(32)과, 반사막(32)의 복수 부분을 독립하여 구동하고, 그에 따라 상기 복수의 부분과 기판(32)의 거리를 제어하는 복수의 구동부(액추에이터(33))를 더 구비하고 있다. 액추에이터(33)로 반사막(32)의 복수 부분이 구동되면, 구동 부분에 대응하는 반사막(32)의 표면 부분의 형상이 변화하기 때문에, 그 표면 부분에 의한 광의 반사 상태가 변화한다. 따라서, 반사막(32)의 연속하는 표면은, 복수의 액추에이터(33)에 의해 구동되는 복수의 광 반사 영역으로 구성되어 있다고 생각할 수 있다. 이와 같이 본 실시예의 가변형 미러에서는, 리플렉터로서 기능하는 반사막(32)은, 개별적으로 구동될 수 있는 복수의 광 반사 영역을 갖고 있다. 또, 본 발명의 가변형 미러의 리플렉터는 서로 분리된 복수의 미소경(微小鏡)으로 구성되어도 좋다. 이 경우, 각 미소경의 거울면이 각 광 반사 영역으로서 기능한다. 이러한 가변형 미러의 실시예에 대해서는, 나중에 자세히 설명한다.
각 액추에이터(33)는 기판(32)에 마련된 제 1 고정 전극(29) 및 제 2 고정 전극(29')과, 회전축을 중심으로 회전하는 회전 부재(요크(28))와, 요크(28)의 운동에 따라 반사막(32)의 특정 부분과 기판(21)의 거리를 변화시키는 작용 부재(결합 돌기(30a))를 구비하고 있다.
요크(28)는 회전축 상에 배치된 지지부(지지 포스트(27))와, 지지 포스트(27)와 결합한 평판부를 갖고 있다. 평판부는 회전축에 대해 대칭인 제 1 도전성 부분(제 1 부분(28a)) 및 제 2 도전성 부분(제 2 부분(28b))을 갖고 있다. 요크(28)의 제 1 부분(28a) 및 제 2 부분(28b)은, 각각, 제 1 고정 전극(29) 및 제 2 고정 전극(29')과 간격을 두고 대향하고 있다.
각 액추에이터(33)는, 각각, 반사막(32)이 대응하는 부분과 결합하고 있고, 반사막(32)의 소정 부분의 위치를 양방향으로 구동할 수 있다. 환언하면, 반사막(32)의 소정 부분은 반사막으로부터 연장하는 결합 돌기(30a)를 거쳐, 대응하는 요크(28)의 제 1 부분(28a) 또는 제 2 부분(28b) 중 어느 하나에 결합되고 있다. 그리고, 반사막(32)의 상기 소정 부분은 기판에 대하여 대략 수직인 방향으로 스트로크 동작에 의해서 변위할 수 있다. 이 스트로크의 크기는 광 파장의 2배 정도 또는 그 이하이기 때문에, 반사광의 위상을 높은 정밀도로 변조하는 것이 가능하다.
동작 시에, 선택된 구동부에서의 제 1 고정 전극(29) 및 제 2 고정 전극(29') 중 어느 한쪽에 대하여 상대적으로 높은 전위를 인가하면, 고전위의 고정 전극은 요크(28)의 제 1 부분(28a) 및 제 2 부분(28b) 중 대향하는 부분을 정전력으로 잡아당긴다. 그 결과, 요크(28)의 제 1 부분(28a)과 제 1 고정 전극(29)의 간격, 및 요크(28)의 제 2 부분(28b)과 제 2 고정 전극(29')과의 간격 중 어느 한쪽이 상대적으로 짧아진다. 이와 같이 해서, 상기한 선택된 구동부에 결합하고 있는 반사막(32)의 해당 부분의 곡률이 변화하는 것으로 된다. 이러한 구성의 액추에이터에 따르면, 반사막(32)의 국소적인 변위가, 기판으로부터 멀어지는 방향에 대하여도, 기판에 가까운 방향에 대해서도, 액추에이터의 구동력에 의해 조속히 발생하는 것으로 된다.
반사막(32)은 그 둘레가 기판(21)에 고정된 변형 가능한 막으로 형성되어 있고, 반사막(32)에는 미리 장력이 부여되어 있다. 이 때문에, 제 1 고정 전극(29) 및 제 2 고정 전극(29')이 등전위로 되면, 반사막(32)은 조속히 본래의 평탄한 형상으로 복귀하게 된다.
본 실시예에서는, 기판(21)은 실리콘 웨이퍼로 형성되고, 기판(21) 상에 CMOS의 구동 회로(22)가 집적되어 있다. 도 3에 있어서는, 구동 회로(22)의 블록 구성만을 도시하고, CMOS를 구성하는 n 채널 MOSFET 및 p 채널 MOSFET의 구체적인 단면 구성은 도시하지 않는다. 단, 구동 회로(22)의 최상층인 Al 배선층(23)은 모식적으로 도시하고 있다. 배선층(23)의 위에는, SiO2계 또는 SiN계의 재료로 형성된 절연층(24)이 마련되어 있다. 절연층(24)의 상면은, CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 평탄화되어 있다. 절연층(24)에는, 상층의 전극과 하층의 배선층(23)을 전기적으로 접촉시키기 위한, 개구부(비아)가 마련되어 있다.
본 실시예의 경우, 절연층(24) 상에 형성되어 있는 액추에이터의 개수는 모두 30개이지만, 도 3에서는 간단화를 위해 기판의 둘레(26)의 근방에 위치하는 세 개의 액추에이터만을 기재하고 있다.
다음에, 도 4를 참조하여 액추에이터(33)의 구조를 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는 본 실시예에 있어서의 액추에이터(33) 및 반사막(32)의 분해 사시도이다.
본 실시예의 액추에이터(33)는 도 4에 도시하지 않는 기판의 절연층 상에 형 성된 베이스(34)를 갖고 있다. 베이스(34)는 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')과 동일한 재료로 이루어지도록 형성되어 있고, 바람직하게는, A1 등의 금속막을 패터닝함으로써, 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')과 동시에 제작된다.
베이스(34)는 일점 쇄선으로 나타낸 지지 포스트 부착부(34a)와, 요크(28)가 최대한 회전한 경우에 이것과 접촉하는 요크 접촉부(34b, 34b')를 구비하고 있다. 이 때문에, 요크(28)가 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')과 접촉하는 것이 방지된다.
제 1 고정 전극(29) 및 제 2 고정 전극(29')은 지지 포스트(25)가 형성하는 요크(28)의 회전축 A를 거쳐 대략 대칭의 위치에 마련된다. 요크(28)는 대략 평판 형상을 갖고, 힌지부(28b)를 거쳐 지지 포스트(25)와 접속하고 있다. 요크(38)는 힌지부(28b)의 비틀기 변형에 의해서 회전축 A를 중심으로 회전 가능하다.
요크(28)는 회전축 A를 개재시켜 서로 좌우 반대인 위치로 나뉜 제 1 부분(28a)과 제 2 부분(28a')을 갖고, 제 1 부분(28a)은 간격을 두고 제 1 고정 전극(29)에 대향하는 위치에 있고, 제 2 부분(28a')은 간격을 두고 제 2 고정 전극(29')에 대향하는 위치에 있다. 또한, 요크(28)는 일점 쇄선으로 나타내는 요크 유단(28c)에서 결합 돌기(30a)와 결합하고 있다.
요크 유단(28c)은 요크(28)의 제 1 부분(28a)의 영역 내에 있고, 회전축 A로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 있다. 후술하는 바와 같이, 이 거리는 액추에이터마다 다르게 할 수 있다. 요크(28)와 지지 포스트(25)란, 동일한 Al층을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 요크(28) 및 지지 포스트(25)는 베이스(34)와 함께 도전성을 갖고, 또한, 전기적으로 상호 접속되어 있기 때문에, 요크(28)의 전위는 베이스(34)의 전위와 동일하다.
본 실시예의 반사막(32)은 SiO2계 또는 SiN계의 절연체로 이루어지는 기재막(30)과, 그 상면에 형성한 Al 또는 Au 재료의 반사층(31)을 포함하고 있다. 반사층(31)은 기재막(30) 상에 금속층을 얇게 증착함으로써 제작될 수 있다.
결합 돌기(30a)는 기재막(30)과 동일한 막 형성 프로세스 중에 형성되고, 기재막(30)을 요크(28)에 결합하는 기능을 갖고 있다. 결합 돌기(30a)가 마련되는 장소 이외의 장소에 있어서는, 요크(28)와 기재막(30) 사이에는 간격이 마련되어 있다. 이 간격의 존재에 의해, 요크(28)가 회전하여도 기재막(30)과 요크(28)가 결합 돌기(30a) 이외의 부분에서 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
요크(28)와 기재막(30) 사이 간격, 및 요크(28)와 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29') 사이의 간격은, 예컨대, 다음과 같이 제작된다. 즉, 미러의 제조 단계에서, 상기한 간격에 대응하는 부분에 유기 재료로 이루어지는 희생층을 형성한 후, 최후에 플라즈마 에칭 등의 방법으로 희생층을 제거한다. 여기서, 기재막(30)은 이 희생층을 제거하기 전에, 반사면을 CMP에 의해 평탄화 처리하고 있다. CMP 처리 시에는 기재막(30)에 막면과 수직 방향으로 응력이 걸리지만, 희생층이 있기 때문에 기재막(30)의 변형이 억제되고, CMP 처리 후의 반사면의 가공 정밀도를 높이는 것이 가능하다. 상기 평탄화 처리의 후에 희생층을 제거함으로써, 평면도가 높은 반사면을 얻을 수 있다.
제 1 고정 전극(29)과 요크(28) 사이에 전위차를 부여하면, 전술한 바와 같이, 제 1 부분(28a)이 정전력에 의해 제 1 고정 전극(29)에 근접하는 방향으로 흡인되고, 그 결과, 요크(28)는 회전축 A를 중심으로 반시계 방향 CCW로 회전한다. 또한, 제 2 고정 전극(29')과 요크(28) 사이에 전위차를 부여하면, 제 2 부분(28a')이 정전력에 의해서 제 2 고정 전극(29')에 근접하는 방향으로 흡인되고, 요크(28)는 회전축 A를 중심으로 시계 방향 CW로 회전한다.
요크(28)의 CCW 방향 및 CW 방향의 회전은 결합 돌기(30a)를 거쳐 반사막(32)을 상하 방향으로 구동하는 구동력으로서 전달되고, 반사막(32)은 기판에 근접하는 방향과 기판으로부터 이간하는 방향의 양방향으로 변형 가능하게 마련된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 요크(28)가 회전축 A를 사이에 두고 반대측의 위치로 나뉜 제 1 부분(28a)과 제 2 부분(28a')을 구비하고, 또한, 제 1 고정 전극(29)을 제 1 부분(28a)에 대향시켜, 제 2 고정 전극(29')을 제 2 부분(28a')에 대향시키고 있다. 더구나, 제 1 부분(28a)에 결합 돌기(30a)를 거쳐서 반사막(32)을 결합시키고 있다. 이러한 구성을 채용하고 있기 때문에, 반사막(32)의 소정 부분을 기판(21)에 접근시키거나, 기판(21)으로부터 멀어지게 할 수 있어, 반사면(32)의 복수의 국소 영역을 양방향으로 액티브하게 구동할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 실시예에 따르면, 구동의 대칭성이 높고, 제어 정밀도나 응답성에 우수한 가변형 미러를 제공할 수 있다.
또, 제 1 고정 전극(29)이나 제 2 고정 전극(29')에 요크(28)에 대한 전위차를 부여하지 않는 상태, 즉 구동 신호를 부여하지 않는 상태(중립 상태)에서는, 반사막(32)은 CMP 가공에 의해 얻어진 평면 정밀도가 높은 반사면을 유지한다. 본 실시예의 가변위(可變位) 미러에서는, 상기한 중립 상태에 있어서의 반사면의 위치를 중립점으로 하고, 이 중립점에 대하여 양방향으로 반사면의 위치를 구동한다. 종래의 가변형 미러에서는, 반사면을 중립점에 배치하기 위해서는, 반사막에 초기 변형을 부여하는 것이 필요하지만, 본 실시예에서는, 그와 같은 초기 변형이 불필요하게 된다. 따라서, 본 실시예에서는, 초기 변형 시에 있어서의 구동 감도의 편차 등에 기인하는 중립점의 재현성 열화의 문제가 없고, 보정 정밀도가 높은 가변형 미러를 제공할 수 있다.
또, 요크 접촉부(34b, 34b')는 요크(28)가 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')과 접촉하는 것을 방지하고 있기 때문에, 양자간의 단락을 확실히 방지할 수 있다.
다시 도 3을 참조한다.
요크(28)는 지지 포스트(27) 및 비아(25)를 거쳐서 배선층(23)에 접속되고, 동작 시에서의 요크(28)의 전위는 항상 접지 전위(이하, 이 전위를 「L」이라고 함)에 유지되고 있다. 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')은, 각각, 비아(25', 25")에 의해서 배선층(23)에 접속되어 있기 때문에, 제 1 고정 전극(29)의 전위는 V0으로 제어되고, 제 2 고정 전극(29')의 전위는 V1로 제어된다.
제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')의 전위는 구동 회로(22)에 의해, 접지 전위 L과, 상대적으로 높은 전위(전위 H) 사이에서 전환된다. 「고전위」는, 예컨대, 5V로 설정된다. 전위 V0 및 V1 중 한쪽만이 전위 H로 제어된다. 요크(28)는 정전력에 의해, 전위 H의 고정 전극 측에 흡인되고, 그 결과, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전력이 발생한다. 회전력의 크기는 전위 H의 상태로 유지하는 시간을, 예컨대, 8 비트로 표현되는 복수의 레벨(256단계)로 제어하여 조절하는 것이 가능하다. 회전력을 발생시키지 않는 경우에는, 전위 V0 및 V1을 L 전위로 설정시킨다.
또, 기재막(30)과 요크(28)와 사이의 극간 및 요크(28)와 제 1 및 제 2 고정 전극(29, 29')과의 극간 dg는, 각각, 2∼15㎛ 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 극간 dg의 설계값을 모두 5㎛로 하고있다. 또한, 기재막(30)의 막 두께는, 0.5∼3㎛이 바람직하다. 본 실시예의 설계값은 1.2㎛로 하고있다. 반사막(31)의 두께는, 예컨대, 0.1㎛ 이하로 설정된다.
구동 회로(22)는 액추에이터의 각 고정 전극의 어드레스 Ain과 구동력을 나타내는 제어 데이터 Din을 수취하고, 각 고정 전극으로의 출력 전압 V0∼V59의 H/L의 시간 제어를 행한다. 구동 회로(22)는 메모리(35), 어드레스 카운터(36), 카운터(37), 비교기(38), 시프트 레지스터(39), 래치(40)로 구성되어 있다.
메모리(35)는 60개의 고정 전극(=액추에이터 수 30×2)의 제어 데이터를 기억하는 8 비트 폭의 메모리이다. 어드레스는 6 비트(=64)이며, 이 중 60만이 유효하게 사용된다. 어드레스 카운터(36)는 메모리(35)에 6 비트의 어드레스를 부여하여, 60개의 제어 데이터를 직렬로 송출시킨다. 어드레스 카운터(36)는 초기화 clr 신호로 리셋되고, 클럭 clk신호에 의해 카운트업된다. 카운터(37)는 초기화 clr 신호로 리셋되어, 60개의 제어 데이터를 판독한 후 스트로브 stb 신호에 의해 카운 트업하는 8 비트의 증분 카운터이다.
비교기(38)는 카운터(37)의 출력과 메모리(35)의 8 비트 데이터를 비교하여, 시프트 레지스터(39)에 1 비트의 직렬 데이터를 송출한다. 메모리(35)의 데이터가 카운터(37)의 출력보다 크면 1(H), 그 이외는 0(L)을 출력한다. 시프트 레지스터(39)는 clk신호에 따라 동작하는 64 비트의 시프트 레지스터로 이 중 60 비트를 효과적으로 사용하고 있다. 래치(40)는 stb 신호에 따라 시프트 레지스터(39)의 값을 래치하는 64 비트의 래치이고, 시프트 레지스터(39)와 마찬가지로 60 비트를 효과적으로 사용하고 있다.
이 구동 회로(22)의 동작을 설명한다. 메모리(35)에 기입되고 있는 8 비트의 제어 데이터는, 어드레스 카운터(36)에 의해 인가되는 6 비트의 어드레스에 의해 64개(중 유효 60개) 연속으로 판독된다. 어드레스 카운터(36)가 일순하고, 메모리(35)의 제어 데이터가 모두 판독되면, stb 신호에 의해 시프트 레지스터(39)에 저장된 데이터를 래치(40)에 기억하고, 동시에 카운터(37)의 출력을 카운트업하여, 재차 메모리(35)의 내용을 처음부터 판독한다. 이 주기를 T라고 하면, 이것이 액추에이터에의 통전 시간의 최소 단위로 된다. 이 주기 T를 카운터(37)의 단수(段數)로 결정하는 256회 반복하여 통전 시간 제어를 행하는 것이다.
그 때, 메모리(35)로부터는 매 주기 같은 제어 데이터가 판독되지만, 1 주기마다 카운터(37)의 값이 증가하고 있으므로, 비교기(38)의 출력은 메모리(35)의 출력이 카운터(37)의 값 이하로 된 것으로부터 0이 되어 있다. 따라서, 래치(40)의 출력은 입력된 제어 데이터 Din에 비례하여, 최소분해능 T로 전체 액추에이터의 고정 전극으로의 통전 시간을 병행하여 제어할 수 있는 것으로 되어 있다. 제어 주기 256·T에 대한 통전 시간 Din·T의 비를 통전 시간 듀티 U라 하고, U는 0∼255/256 사이의 값을 취한다.
이하, 도 5를 이용하여, 가변형 미러(8)의 반사막 형상과 액추에이터의 구동점 배치를 설명한다. 도 5는 본 실시예에 있어서의 가변형 미러(8)의 평면도이다.
먼저, 도 5(a)를 참조한다. 흑점 8a∼8ad로 나타낸 30점은 액추에이터의 구동점이다. 액추에이터의 구동점이란 결합 돌기(도 3에 있어서의 30a)의 위치에 상당하고, 실제로 반사막이 상하로 구동되는 점이다. 또한, ×표는 광검출기 어레이에서 설명한 19개의 4분할 포토디텍터에 대응하는 위치를 참고로 하여 도시하고 있다. 도면이 복잡하게 되는 것을 방지하기 위해, 이후의 동작 설명에서 재차 선택하는 세 개의 점(15a, 15b, 15s)에 대해서만 번호를 기재하고 있지만, 도 2(c)에서 설명한 배치 위치를 좌우 경(鏡) 반전한 것으로 되어 있다. 좌우 경 반전으로 되어 있는 이유는, 가변형 미러(8)와 광검출기 어레이가 서로 마주보게 하여 배치되어 있기 때문에, 동일한 광빔에 관한 점끼리를 대응시키면 정확히 오른손과 왼쪽 손과의 관계가 된다고 하는 단순한 이유에 불과하다. 또한, 원점 O, 반경 r1, r2도 도 2(c)에서 설명한 것과 대응하는 것으로 되어 있다.
다시, 도 5(a)를 참조한다. 구동점(8a∼8f)은 원점 O를 중심으로 한 반경 r1의 원에 외접하는 육각형의 정점에 있고, 인접하는 두 점의 중점이 ×표로 나타낸 4분할 디텍터의 중심점과 거의 일치한다. 또한, 구동점(8g∼8r)은 원점 O를 중심으로 한 반경 r2의 원에 외접하는 12각형의 정점에 있고, 인접하는 두 점의 중점이 ×표로 나타낸 4분할 디텍터의 중심점과 거의 일치한다. 또한, 구동점(8s∼8ad)은 원점 O를 중심으로 한 반경 r3의 원 상에 12점이 구성되어 있다. 이들 30개의 구동점에서의 변위 제어에 의해, 반사막(32)의 표면 형상이 설정된다. 또, 반사막(32)은 원형상의 둘레(26) 및 원점 O 근방의 미소 영역에 있어서 기판과 일체화되어, 변위가 규제되어 있다.
여기서, 반경 r3은 가변형 미러에 입사하는 광빔의 빔 반경보다 큰 값으로 설정되어 있다. 그 이유는 둘레(26)에서의 반사막(32)의 고정에 의한 변위 속박 조건(變位 束縛 條件)이 파면 위상 보정 정밀도에 미치는 영향을 매우 작게 하기 위함이다. 또한, 둘레(26)의 근방에 있어서 반사막(32)에는 구멍(32a)이 마련되어 있다. 이에 따라, 둘레(26)의 변위 속박 조건에 따른 보정 정밀도 열화를 감소시킬 수 있다.
반사막(32)에는 반사광빔의 광량 저감을 현저하게 초래하지 않을 정도로 반경 1∼2㎛의 작은 구멍(32b)이 다수 마련되어 있다. 작은 구멍(32b)의 존재에 의해, 이하의 두 가지 효과를 얻을 수 있다.
첫 번째 효과는 제어 응답성의 개선이다. 작은 구멍(32b)이 공기의 통풍구를 형성함으로써, 반사막(32) 주위의 공기가 반사막(32)의 이동을 저해하는 영향을 감소시킬 수 있다. 두 번째 효과는, 제조 단계에서, 작은 구멍(32b)이 엣첸트의 유입 경로를 분산시키기 때문에, 에칭 프로세스의 생산성이 향상하는 것에 있다. 보다 상세하게는, 희생층을 제거하여 요크 주위의 극간을 작성하는 프로세스에 있어서, 작은 구멍(32b)이 구멍(32a)과 협동하여 엣첸트의 침입 구멍으로서 작용하기 때문에, 희생층의 제거 후의 잔류물 방지나 에칭 공정 소요 시간의 단축 효과를 얻을 수 있다.
도 5(b)는 액추에이터의 평면 배치 레이아웃을 나타내고 있고, 이 도시되어 있는 상태는, 도 5(a)의 상태로부터 반사막(32)을 제거한 상태에 대응하고 있다. 도 5(b)에 있어서의 액추에이터 30개의 식별을 위한 첨자 a∼ad는, 도 5(a)에 있어서, 구동점(8a∼8ad)의 식별 첨자에 대응하고 있다. 도면의 복잡화를 막기 위해 모든 부호를 기재하지는 않는다.
도 5(b)로부터 알 수 있듯이, 액추에이터(33a∼33ad)는 대략 마름모 형상을 갖고, 각 액추에이터에 있어서의 구동점(8a∼8ad)의 위치를 제외하고, 모두 서로 동일한 치수 및 형상을 갖고 있다. 즉, 고정 전극, 지지 포스트, 요크의 형상은 액추에이터와 같다. 마름모 형상의 꼭지각은 예각 측이 실질적으로 60도, 둔각 측이 실질적으로 120도이다. 이러한 형상은 원점 O를 중심으로 여섯 개의 액추에이터를 배치했을 때, 액추에이터를 효율적으로 배치할 수 있다.
다음에, 각 액추에이터에 있어서의 구동점의 위치를 설명한다. 일점 쇄선으로 나타낸 액추에이터의 회전 중심으로부터 구동점까지의 거리를, 내주(內周) 측의 액추에이터(33a∼33f)에서는 L1, 중주(中周) 측의 액추에이터(33g∼33r)에서는 L2, 외주(外周) 측의 액추에이터(33s∼33ad)에서는 L3으로 설정하는 것으로 한다. 본 실시예에서는, L1<L2<L3의 관계가 성립하고 있다. 이와 같이, 액추에이터의 회전축으로부터 구동점까지의 거리를 일정이 아니라 각 액추에이터마다 개별적으로 설정함으로써, 액추에이터의 변위 설정 범위를 가변으로 마련하고 있다. 마이크로 머신으로서 제작되는 본 실시예의 액추에이터는, 그 평면 형상이 제조 프로세스에 이용하는 마스크의 패턴으로 결정되기 때문에, 각각의 액추에이터마다 다른 평면 형상을 부여하는 것은 비교적 용이하다.
이에 대하여, 막 두께 방향의 치수는, 프로세스의 성격 상, 액추에이터마다 다른 값을 부여하는 것은 곤란하다. 따라서, 액추에이터의 막 두께 방향의 변위 설정 범위를 희생층의 막 두께로 결정하는 것과 같은 경우, 모든 액추에이터를 같은 설정 범위로 할 수밖에 없다. 그러나, 본 실시예의 구성에 따르면, 액추에이터의 회전 운동을 기판으로부터의 거리의 변위 운동으로 변환하고 있다. 이 때문에, 액추에이터의 회전 중심에서 구동점까지의 거리를 다르게 함으로써, 기판으로부터 거리의 변위 범위를 액추에이터마다 설정할 수 있다.
본 실시예에 있어서의 반사막(32)은 원점 O 근방에서 기판에 고정되어 있다. 그리고, 가변형 미러는 이 원점 O를 기준으로 해서 원활하게 반사막(32)을 변형시킴으로써, 반사면의 형상을 높은 정밀도로 제어할 수 있다. 이 때문에, 원점 O에 가까운 내주 측 액추에이터의 변위량은 작고, 원점 O로부터 먼 외주 측의 액추에이터의 변위량은 크게 잡는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, L1<L2<L3의 관계를 설정함으로써, 이 조건을 실현하고 있다.
본 실시예에서는, 내주 측의 액추에이터(33a∼33f)의 제어계에 오동작이 발생한 경우에도, 액추에이터의 변위량이 상대적으로 작기 때문에, 미러 전체에 부여하는 오동작의 영향을 작게 하는 것이 가능하다. 또한, 액추에이터의 변위 범위를 작게 설정할수록, 변위의 분해능과 구동력이 향상하기 쉽기 때문에, 응답성에 우수하고, 정밀도가 높은 제어를 행할 수 있다.
이하, 도 5와 도 6을 참조하면서, 가변형 미러(8)의 광빔 편향 동작과 광검출기 어레이의 4분할 포토디텍터의 출력과의 관계를 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 광빔 파면의 편향 동작을 나타내고 있다.
우선, 도 6(a)을 참조하면, 가변형 미러(8)의 반사막(32)을 변위시킨 경우의 복로 빔 P의 국소 파면 변화 Δψ를 설명한다. 이해를 간단히 하기 위해서 1차원모델에 대해 설명한다.
광빔은 왕로 빔으로서 화살표 A 방향으로부터 입사하고, 반사막(32)에서 반사하여 도시하지 않은 광디스크를 향하고, 화살표 B와 같이 반사되어 복로 빔으로서 입사하고, 재차 반사막(32)으로 반사되어 화살표 C의 방향으로 출사된다. 이 복로 출사 빔을 P라 한다. 복로 출사 빔 P의 파면, 즉 전계의 동일 위상면은 전체적으로 보면 평면파에 수차 성분이 부여된 고차의 곡면으로 되지만, 복수의 국소(局所)로 분할하고, 각 국소 내에서는 고차의 성분을 무시하고 취하는 근사가 가능하다. 여기서는 1차의 평면파 근사로 하고, 복로 출사 빔 P의 국소 파면의 변화를, 평면파의 기울기 변화 Δψ로서 취급한다. 반사막(32)의 변형도 일차 성분만을 생각하면, 예컨대, 인접하는 구동점간의 거리를 L, 상호 구동점의 변위량 차이 를 ΔZ라 하고, 반사막(32)이 국소적인 기울기를 θ=ΔZ/L로서 나타낼 수 있다. 광빔의 반사각 변화는 반사막(32)의 기울기 변화의 2배로 되는 것, 광빔은 왕로, 복로에서 총 2회 반사막(32)에서 반사하는 것, 또한 Δψ는 미소량이기 때문에, 수학식 2의 관계식을 얻을 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00002
실제의 반사막(32) 면은 2차원이기 때문에, 직교하는 두 방향에 대하여 국소 기울기 θ를 제어해야 한다. 직교하는 두 방향은 광검출기 어레이의 4분할 포토디텍터의 분할 형상에 맞춰, 원의 반경 방향과 접선 방향으로 취한다. 이 반사막(32)의 2차원 기울기와 구동점의 변위와의 관계를 도 5(a)를 참조하여 설명한다. 우선 기호의 정의로서, 반사막(32)의 구동점(8a∼8ad)에서의 변위를 각각 Za∼Zad라 한다. 전체 액추에이터를 구동하지 않은 상태에서는, 변위 Za∼Zad는 영이며, 반사막(32)은 구동점(8a∼8ad), 원점 O, 둘레(26)의 모든 점에서 실질적으로 동일 평면 상에 있다. 변위 Za∼Zad는 정, 부의 값을 취할 수 있고, 지면 앞쪽 방향으로의 변위를 정, 지면 안쪽 방향으로의 변위를 부로 한다.
국소 기울기는 ×표로 나타내는 19개의 4분할 포토디텍터에 대응하는 위치(15a∼15s)에 대해, ×표 근방의 평균 기울기로서, 각각 반경 방향 성분 θar∼θsr과 접선 방향 성분 θat∼θst의 총 38개의 값을 정의한다. 이들 변위 Za∼Zad와, 반경 방향 및 접선 방향의 국소 기울기 θar∼θsr, θat∼θst의 관계에 대하여, 대표적인 3점(15b(내주), 15s(외주), 15a(원점))을, 예로써, 설명한다.
내주의 점(15b) 근방의 국소 기울기로서, 접선 방향 θbt는 수학식 3과 같이, 구동점(8d)과 구동점(8c)의 변위차를 양 점 사이의 거리로 나눈 것을 이용한다. 반경 방향 θbr는 수학식 4와 같이, 구동점(8c)과 구동점(8d)의 중점(즉, 점(15b) 자신)이 원점 O와 이루는 기울기와, 구동점(8k)과 구동점(8l)의 중점이 원점 O와 이루는 기울기의 평균값을 이용한다. 내주의 다른 5점(15c∼15g)에 대해서도 전부 마찬가지로 θct∼θgt, θcr∼θgr을 부여한다.
Figure 112003028092457-pct00003
Figure 112003028092457-pct00004
외주의 점(15s) 근방의 국소 기울기로서, 접선 방향 θst는, 수학식 5와 같이, 구동점(8n)과 구동점(8m)의 변위차를 양 점 사이의 거리로 나누는 것을 이용한다. 반경 방향 θsr은, 수학식 6과 같이, 구동점(8m)과 구동점(8n)의 중점(즉, 점(15s) 자신)이 구동점(8z)으로 되는 기울기와, 구동점(8d)과 구동점(8e)의 중점이 구동점(8z)으로 되는 기울기와의 평균값을 이용한다. 외주의 다른 11점(15h∼15r)에 대해서도 모두 마찬가지로 θht∼θrt, θhr∼θrr을 부여한다.
Figure 112003028092457-pct00005
Figure 112003028092457-pct00006
원점 O와 겹치는 점(15a) 근방의 국소 기울기로서, 접선 방향 θat는 수학식 7과 같이, 구동점(8d)과 구동점(8a)의 변위차를 양 점간의 거리로 나눈 것을 이용한다. 반경 방향 θar은, 수학식 8과 같이, 구동점(8b)과 구동점(8c)의 중점이 원점 O에 대해서 형성하는 기울기와, 구동점(8e)과 구동점(8f)의 중점이 원점 O에 대해서 형성하는 기울기와의 평균값을 이용한다.
Figure 112003028092457-pct00007
Figure 112003028092457-pct00008
이상과 같이, 변위 Za∼Zad와, 국소 기울기 θar∼θsr, θat∼θst와의 관계가 구해진다. 또한, 복로 출사 빔 P의 파면 변화 Δψ를, 국소 기울기 θ와 같은 첨자 표현을 이용하여, 반경 방향 성분 Δψar∼Δψsr, 접선 방향 성분 Δψ at∼Δψst로 나타내면, 수학식 2를 적용하여, 변위 Za∼Zad와 파면 변화 Δψar∼Δψsr, Δψat∼Δψst의 관계가 구해진다.
다음에 도 6(b)을 이용하여 복로 빔 P의 국소 파면 변화 Δψ로 광검출기 어레이의 4분할 포토디텍터의 출력과의 관계를 설명한다. 이것도 간단하게 하기 위해 1 차원모델로 하고있다. 렌즈 어레이(14) 중 렌즈 하나의 평균 렌즈 직경을 d, 초점 거리를 f로 한다. 이 렌즈에 의한 광빔 P의 초점은 광빔 P가 수차가 없는 평면파인 경우에는, 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 광검출기 어레이의 4분할 포토디텍터의 분할선과 일치하도록 조정되어 있다. 광빔 P의 국소 파면을 평면파 근사하여, 이 기울기 변화 Δψ를 부여했을 때의 초점 위치 변위를 ε이라 하면, ε은 수학식 9로 나타내어진다.
Figure 112003028092457-pct00009
4분할 포토디텍터의 출력은 도 2(d)를 이용해서 설명한 기호를 그대로 이용해서, 차 신호를 Y, 합 신호를 S라 한다. 초점 위치에 있어서의 광빔 P의 회절 한계 반경을 ω라고 하면, 수학식 10, 수학식 11의 근사가 가능하다. 단, λ는 광빔 P의 파장이다.
Figure 112003028092457-pct00010
Figure 112003028092457-pct00011
수학식 11로부터 명백한 바와 같이, 4분할 포토디텍터의 출력에 대하여, 차 신호와 합 신호의 비 Y/S는 국소 파면 변화 Δψ에 비례하는 것으로 근사할 수 있다. 이것을 2차원으로 확장하면, 19개의 각 4분할 포토디텍터(15a∼15s)의 차 신 호/합 신호의 비 Yar/Sa∼Ysr/Ss, Yat/Sa∼Yst/Ss와 국소 파면 변화 Δψar∼Δψsr, Δψat∼Δψst를 관련지을 수 있다.
이상 수학식 2 내지 수학식 11과 기재를 생략한 동등의 식으로부터 알 수 있듯이, 광검출기 어레이의 각 4분할 포토디텍터의 차 신호/합 신호의 비 Y/S는 광빔 P의 국소 파면 변화 Δψ에 비례하고, 이 국소 파면 변화 Δψ가 가변형 미러(8)의 반사막(32)의 변위 Z의 일차 식으로 표현되는 것으로부터, 이들 식에서 Δψ를 소거하고, Y/S를 Z의 선형 표현으로 나타낼 수 있다.
다음에, 계속하여 도 5(a)를 이용하여 액추에이터의 구동력과 변위 Za∼Zad의 관계에 대하여 설명한다. 구동점(8a∼8ad)에서의 액추에이터의 구동력을 Fa∼Fad라 한다. 구동력 Fa∼Fad는 정, 부의 값을 취할 수 있어, 반사막(32)을 지면 앞쪽 방향으로 구동하는 구동력을 정(正), 지면 안쪽 방향으로 구동하는 구동력을 부(負)라 한다. k를 반사막(32)의 구성에 의해 정해지는 일정값의 계수라고 하면, 기본적인 사고 방식으로서는 각 구동점에 대하여 수학식 12가 성립한다. 여기서는 F, Z, m, γ에 대한 첨자 a∼ad는 기재를 생략하고 있다. m은 구동점의 Z 방향의 운동에 관한 등가 질량, γ는 공기 저항도 포함한 점성 계수이다. 또한, ΔZ/L은 주변의 점과의 기울기이며, 상세한 것은 계속해서 설명한다.
Figure 112003028092457-pct00012
ΔZ/L로 나타낸 항의 상세에 대하여, 대표적인 3점(8a(내주), 8g(중주), 8t( 외주))을 예로 들어, 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 가변형 미러(8)의 확대 평면도이다. 우선, 도 7(a)을 이용하여, 내주의 구동점(8a)에 관한 ΔZa/L의 상세를 설명한다. 구동점(8a)의 주변의 점에서는, 원점 O, 구동점(8b, 8f, 8g, 8r)의 5점을 취하고, 각 점과 구동점(8a)과의 거리를 각각 Lao, Lab, Laf, Lag, Lar이라 한다. 또한, 구동점(8r)과 구동점(8a)과 구동점(8g)이 이루는 각을 2등분한 각도를 α1, 구동점(8g)과 구동점(8a)과 구동점(8b)이 이루는 각을 2등분한 각도를 α2, 구동점(8b)과 구동점(8a)과 원점 O가 이루는 각을 2등분한 각도를 α3, 원점 O와 구동점(8a)과 구동점(8f)이 이루는 각을 2등분한 각도를 α4, 구동점(8f)과 구동점(8a)과 구동점(8r)이 이루는 각을 2등분한 각도를 α5라 한다. 예컨대, 구동점(8g)과 구동점(8a)의 평균 기울기는 (Zg-Za)/Lag이며, 구동점(8a)에서 본 시야각 (α1+α2)의 범위 내에는 이 평균 기울기가 적용되는 것으로 근사한다. 다른 주변의 점도 같게 생각하면 수학식 13을 얻을 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00013
또, Lao, Lab, Laf, Lag, Lar, α1∼α5는 모두 구동점의 배치 형상으로부터 구하는 정수이며, r1, r2의 함수로 나타낼 수 있다. 다른 내주의 구동점(8b∼8f)의 기울기 ΔZb/L∼ΔZf/L도 마찬가지로 구한다. 중주의 구동점(8g)에 관한 ΔZg/L에 대해서도, 사고 방식은 내주의 구동점(8a)의 경우와 완전히 동일하다. 구동점(8g) 주변의 점으로는, 구동점(8a, 8h, 8r, 8s, 8t)의 5점을 취하고, 각 점과 구동점(8g)과의 거리와, 구동점(8g)으로부터 본 시야각을 구하여 ΔZg/L을 정식화할 수 있다. 다른 중주의 구동점(8h∼8r)의 기울기 ΔZh/L∼ΔZr/L도 마찬가지로 구한다.
외주의 구동점(8t)에 관한 ΔZt/L에 대해서도, 기본적인 사고 방식은 동일하지만, 둘레(26)와 구멍(32a)의 영향을 고려할 필요가 있기 때문에, 도 7(b)을 이용하여 설명한다. 구동점(8t)의 주변의 점으로는, 구동점(8h, 8g, 8s, 8u)의 4점과 둘레(26)를 취하고, 각 점과 구동점(8t)과의 거리를 각각 Lth, Ltg, Lts, Ltu, Lt라 한다. 또한, 두 개의 구멍(32a) 사이 접속부(32c)의 끝점 P1, P1이 구동점(8t)과 이루는 각을 β1, 다른 끝점 P3과 구동점(8t)과 구동점(8u)이 이루는 각을 β2, 구동점(8u)과 구동점(8t)과 구동점(8h)이 이루는 각을 2등분한 각도를 β3, 구동점(8h)과 구동점(8t)과 구동점(8g)이 이루는 각을 2등분한 각도를 β4, 구동점(8g)과 구동점(8t)과 구동점(8s)이 이루는 각을 2등분한 각도를 β5, 구동점(8s)과 구동점(8t)과 또 다른 끝점 P4가 이루는 각을 β6이라 한다. 이상과 같은 기호를 이용하여, ΔZt/L은 수학식 14로 나타내어진다.
Figure 112003028092457-pct00014
Lt, Ltu, Lth, Ltg, Lts, β1∼β6도 내주의 구동점과 마찬가지로 배치 형상으로부터 구한 정수이며, r2, r3의 함수로 나타낼 수 있다. 다른 외주의 구동점(8u∼8ad)의 기울기 ΔZu/L∼ΔZad/L도 마찬가지로 구한다. 이와 같이 인가된 ΔZa/L∼ΔZad/L을 수학식 12에 적용하면, 각 액추에이터의 구동력 Fa∼Fad는 각 구동점의 가속도 d2(Za)/dt2∼d2(Zad)/dt2, 각 구동점의 속도 d(Za)/dt∼d(Zad)/dt, 주위의 구동점도 포함한 변위 Za∼Zad의 선형 표현으로 나타낼 수 있다.
마지막으로, 액추에이터의 고정 전극에 부여하는 구동 전압(H 상태)의 통전 시간 듀티 U와 구동력 F와의 관계에 대하여 설명한다. 통전 시간 듀티 U는, 도 3에서 설명한 바와 같이, H 상태에 통전한 시간을 제어 주기로 나눈 것이다. 도 3에 나타낸 액추에이터의 구성도로부터도 명백하듯이, 고정 전극(29)(또는 29')과 요크(28)는 콘덴서를 형성하고, 이 정전 용량 Ca는 수학식 15의 근사 식으로 나타내는 것과 같은 자신의 변위 Z의 함수로 된다. 여기서, εo는 진공 유전율, S는 유효 면적, k'는 1 이하의 정의 정수이다. k'·Z 앞의 ± 부호에 대해서는, 고정 전극(29)을 구동하는 경우에는 부, 고정 전극(29')을 구동하는 경우에는 정으로 한 다.
Figure 112003028092457-pct00015
구동력 F는 정전 에너지 CaV2/2의 거리 방향으로의 편미분값에 통전 시간 듀티 U를 곱한 것으로서 수학식 16과 같이 근사된다. 정전 용량 Ca와 전류 경로의 저항치 R과의 곱인 시정수 CaR이 크고, 전하 이동에 시간이 필요한 경우에는 F와 U의 비선형성은 커지지만, 어떻게 하여도 구동력 F를, 구동 방향에 따라, 고정 전극으로의 구동 전압의 통전 시간 듀티 U, 변위 Z의 함수로서 부여할 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00016
이상 설명한 바와 같은, 제어 입력인 액추에이터로의 구동 전압의 통전 시간듀티로부터 검출 출력인 광검출기 어레이의 출력 신호에 이르기까지의 일련의 관계는 후술하는 제어부에 설정되고 있고, 제어부는 이들을 이용하여 파면 위상 제어를 행한다. 제어부의 다입력 다출력 제어의 설명은 벡터 표현으로 행하는 것이 간결하기 때문에, 우선 기호를 정의한다. 단, 액추에이터의 구동력 F, 고정 전극으로의 구동 전압의 통전 시간 듀티 U와 변위 Z와의 관계는 다른 액추에이터로부터의 간섭이 없는 독립적인 관계이며, 또한 비선형이기 때문에, 우선은 구동력으로부터 광검출기 어레이의 출력까지의 관계를 선형 매트릭스 표현으로 구하고, 그 후 구동력을 통전 시간 듀티로 비선형으로 개별 변환하는 수법을 취하여, 제어에 필요한 연산 효율을 높이고 있다. 광검출기 어레이의 출력 벡터 y는 수학식 17로 정의되고, 38개의 성분을 갖는 열 벡터이다.
Figure 112003028092457-pct00017
단, 우상의 T는 전치(轉置) 조작을 나타낸다. 가변형 미러(8)의 상태 벡터 x는 수학식 18로 정의되고, 변위 Za∼Zad 및 속도 d(Za)/dt∼d(Zad)/dt의 60개의 성분을 갖는 열 벡터이다.
Figure 112003028092457-pct00018
액추에이터의 구동력 벡터 f는 수학식 19로 정의되고, 구동력 Fa∼Fad의 30개 성분을 갖는 열 벡터이다.
Figure 112003028092457-pct00019
액추에이터의 통전 시간 듀티 벡터 u는 수학식 20으로 정의되고, 통전 시간 듀티 Ua∼Uad의 30개 성분을 갖는 열 벡터이다.
Figure 112003028092457-pct00020
수학식 21로 나타내어지는 d는 외란(外亂) 벡터로, 디스크의 파면 수차 등에 의해 발생하는 38개의 열 벡터이며, 보정 제어의 대상이다.
Figure 112003028092457-pct00021
벡터 y, x, f는 수학식 22 및 수학식 23의 상태 방정식에 따른다.
Figure 112003028092457-pct00022
Figure 112003028092457-pct00023
행렬 A는 60×60형, 행렬 B는 60×30형, 행렬 C는 38×60형의 행렬 함수이고, 행렬 A, B, C의 각 성분은 이미 설명한 수학식 2 내지 수학식 14와 기재를 생략한 동등한 식을 이용하여 결정된다. 행렬 A, B, C의 성분에는 영이 많이 포함되고 있고, 이것을 명시하기 위해 보조 행렬을 이용한 표시를 수학식 24 내지 수학식 26에 나타낸다.
Figure 112003028092457-pct00024
Figure 112003028092457-pct00025
Figure 112003028092457-pct00026
단, 0은 영 행렬, I는 30×30형 단위 행렬, A1은 30×30형 비대각 행렬, λ1, λ2는 30×30형 대각 행렬, C1은 38×30형 비대각 행렬이다. 또한, 벡터 x도, 수학식 27에 도시하는 바와 같이, 변위 벡터 z와 속도 벡터 v로 이루어지는 것을 명시한다.
Figure 112003028092457-pct00027
이하, 제어 구성의 설명에 들어간다. 파면 위상 제어의 목적은 디스크 틸트나 기재 두께 변화 등에 의해 외란 d가 발생한 경우에, 가변형 미러의 액추에이터에 적절한 구동력 f를 부여하여 미러의 상태 x를 변화시켜, 출력 y가 항상 영 벡터가 되도록 수렴시키는 것에 있다. 이 제어 동작을 실현하기 위한 구성을 도 8을 이용하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 제어부의 개략 구성도이다. 도면에서, 제어부(50)는 목표값 설정부(51), 정상 편차 제어부(52), 안정화 보상부(53), f/u 변환부(56)로 구성되어, 파면 위상 검출기(16)의 출력 벡터 y를 입력하여, 액추에이터의 통전 시간 듀티 벡터 u를 출력한다.
목표 설정부(51)는 파면 위상 검출기(16)의 출력 벡터 y의 목표로 되는 목표 벡터 yr을 설정한다. 통상의 기록 재생 시에는, 목표 벡터 yr은 영 벡터로 설정한다. 그러나, 예컨대, 2층 광디스크의 합초점층(合焦点層)을 전환하는 경우와 같이, 미리 파면 수차가 발생하는 것을 예측할 수 있고, 그 수차에 의한 출력 y의 변 화의 견적을 행할 수 있는 경우에는, 목표 설정부(51)는 목표 벡터 yr을 그 견적을 행한 벡터로 설정함으로써, 피드 포워드 제어를 행한다.
2층 디스크의 합초점층을 전환하는 경우의 목표 벡터 yr의 설정 방법에 대하여 설명한다. 우선, 굴절률이나 접착층 두께 등이 표준 디스크를 상정한 경우의 층간 점프 시에 발생하는 외란 벡터 d의 표준 변화량 Δd가 미리 ROM에 설정되어 있다. 목표 벡터 yr은 시스템을 소정 시간 tj만큼 오픈 루프 제어했을 때 예측되는 출력 벡터 y의 변화가 Δd와 일치하도록 역산한 값을 설정한다. 소요 시간 tj는 오버 슛을 막기 위해 비교적 큰 값으로 설정되고, 대물 렌즈의 초점 이동에 필요한 시간, 즉 이동 동작을 개시하고 나서 다른 층 헤더부의 어드레스를 판독하기까지의 시간이 표준값의 2∼3배의 시간으로 하고있다. 이 소요 시간 tj값도 역시 미리 결정할 수 있었던 값이 ROM에 설정되어 있다.
정상 편차 제어부(52)는 오차 신호 yr-y에 정상 편차 없이 추종하게 하는데 필요한 형수 p를 실현하기 위해서, p개의 적분기를 직렬로 결합하고, 각 적분기의 출력에 이득 행렬 K1∼Kp를 곱하여 가산한 적분 보상기이다. 형수 p 및 이득 행렬 K1∼Kp의 값은 응답해야 할 벡터 y의 함수의 차수와 행렬 함수 A, B, C와의 관계로부터 설계적으로 구해지고, 미리 정해진 함수로서 설정되어 있다.
안정화 보상부(53)는 폐루프 시스템을 점진적으로 안정하게 하기 위한 미분 보상기로, 여기서는 옵서버(54)와 레귤레이터(55)로 구성하고 있다. 옵서버(54)는 파면 위상 검출기(16)의 출력 벡터 y와, 액추에이터의 구동력 벡터 f를 입력하여, 상태 벡터 x의 추정값 벡터 x'를 출력하는 최소 차원 옵서버이다. 레귤레이터(55) 는 피드백 이득 행렬 F에 의해, 상태의 추정값 벡터 x'를 입력하여 선형 연산한 결과를 출력한다. 행렬 F에는, 폐루프 시스템의 극이 복소 좌평면이 적절한 위치에 배치되어 점진적으로 안정하게 되도록, 미리 설계적으로 구해진 값이 설정되어 있다. 레귤레이터(55)의 출력이 정상 편차 보상부(52) 출력과 가산된 것이 액추에이터의 구동력 벡터 f이다.
f/u 변환부(56)는 액추에이터의 구동력 벡터 f를 실제의 제어 신호인 통전 시간 듀티 벡터 u로 변환하는 비선형 변환부이다. f/u 변환부(56)에는 구동력 벡터 f와 상태의 추정값 벡터 x'가 입력되고, 각 액추에이터에 대응한 30개의 성분에 대하여, 수학식 16에 따라 구동력 F와 변위 Z의 추정값으로부터 통전 시간 듀티 U가 요구된다. 보다 자세하게는, f/u 변환부(56)는 각 액추에이터에 대하여 두 개인 고정 전극 중 어느 하나를 선택하는가의 선택 회로와, 미리 메모리에 비선형 함수로서 정해진 값이 저장된 변환 테이블을 갖는다. 그리고, 우선 구동력 F의 정부의 부호에 따라 구동해야 할 고정 전극이 선택되고, 다음에 변환 테이블에 Z와 F를 어드레스로서 입력하면 통전 시간 듀티 U를 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 이것을 30개의 액추에이터에 대하여 실행하여, 통전 시간 듀티 벡터 u를 얻는다.
제어부(50)는 이미 기술한 가변형 미러(8)와 파면 위상 검출기(16)와의 제어 대상과 함께 폐루프 시스템을 구성한다. 즉, 통전 시간 듀티 u는 가변형 미러(8)에 입력되어, 먼저 액추에이터(33)로 구동력 f를 발생시킨다. 반사막(32)은 구동력 f에 의해 상태 x가 변화하고, 이에 따라 반사된 광빔의 파면 위상이 변화하여 파면 위상 검출기(16)의 출력 y가 변화한다. 또한, 광빔의 파면 위상은 디스크 틸 트, 기재 두께 변화, 지문 부착 등에 의해서도 변화하고, 이들은 외란 d로서 출력 y에 영향을 미친다. 이에 대하여, 제어부(50)는 통전 시간 듀티 u를 출력하여, 외란 d의 변화에 추종하여 이것을 보정하고, 출력 벡터 y가 항상 영이 되도록 제어한다.
다시 도 1을 참조하여, 이상과 같이 구성한 정보 기록 장치의 동작을 설명한다. 초기 동작에 있어서는, 광디스크(10)를 도시하지 않는 디스크 모터에 장착하여 회전시켜, 대물 렌즈(9)의 포커스 인입과 목표 트랙으로의 트래킹 제어를 행한다. 이 시점에서는 아직 가변형 미러(8)에의 구동 전압은 인가되지 않고, 미러 표면은 평탄하고 파면의 위상 보정은 행해지지 않는다. 그러나, 이 동작은 디스크(10)의 틸트가 작은 디스크 내주 측에서 행해지고, 또한 구면 수차가 작은 제 1 층 측에서 실행되기 때문에, 헤더부(10a)의 VFO 신호의 PLL 인입 및 어드레스 판독은 충분히 안정하게 실행하는 것이 가능하다. 정보 기록 장치는 VFO 신호로부터 작성한 클럭 신호를 카운트하여, 빔 스폿(17)이 미러부(10b) 내에 있는 타이밍에서 파면 위상 검출기(16)의 출력을 샘플링한다.
도시하지 않는 제어부는 목표 벡터 yr을 영 벡터로 설정하고, 이 샘플링한 출력 y를 영으로 하도록, 가변형 미러(8)에의 통전 시간 듀티 u를 생성하고, 미러의 형상을 변화시켜 파면 위상의 보정 제어를 행한다. 만일 어드레스 인입에 실패하는 등의 이유에 의해 파면 위상 검출기(16)의 출력을 유효하게 샘플링할 수 없었을 경우에는, 전회의 유효한 출력이 그대로 유지되는 구성으로 되어있다. 이와 같이, 파면 위상 검출기(16)에 의한 파면 위상의 검출은 확실히 빔 스폿(17)이 미러부(10b) 내에 있는 상태에서 행해지고, 프리피트나 그루브의 영향을 받지 않고 정밀도가 높은 파면 위상 검출을 할 수 있다. 또한, 대물 렌즈(9)의 제어 대역은 가변형 미러(8)의 제어 대역보다 충분히 높게 설정되어 있고, 대물 렌즈(9)의 제어오차에 의한 파면 위상 검출 정밀도의 열화를 억제하도록 구성되어 있다.
탐색을 행하는 경우에는, 탐색 개시 위치에 있어서의 최종의 유효한 파면 위상 검출기(16)의 출력을 유지한 상태에서 대략 탐색을 행하여, 최초에 어드레스 인입을 행한 섹터의 미러부(10b)로부터 파면 위상 검출기(16)의 출력을 샘플링하여 파면 위상의 보정 제어를 행한다. 목표 벡터 yr는 영 벡터 그대로이다. 만일 대략 탐색 후에 어드레스를 읽을 수 없는 상태가 소정 시간 이상 계속되는 경우에는, 가변형 미러(8)에의 구동 전압을 모두 영으로 하여 탐색 본래에서의 보정 상태를 한번 해제하고 나서 어드레스 판독 동작을 재시도한다.
2층 광디스크(10)의 합초점층을 제 1 층으로부터 제 2 층으로 전환하는 경우에는, 대물 렌즈(9)를 강제적으로 제 2 층 방향으로 이동시키지만, 이 때 제어부는 우선 제 1 층에 있어서의 최종의 유효한 파면 위상 검출기(16)의 출력 벡터 y를 유지하고, 다음에 목표 설정부가 소정의 목표 벡터 yr을 설정한다. 출력 벡터 y를 유지한 채로 영이 아닌 목표 벡터 yr을 부여하기 때문에, 오차 벡터 yr-y가 증가하고, 가변형 미러(8)에의 통전 시간 듀티 u가 변화하는 것에 따라, 가변형 미러(8)의 상태 벡터 x가 강제적으로 변화하고, 오픈 루프에 의해서 파면 수차가 보정되는 방향으로 피드 포워드 제어된다. 제 2 층의 어드레스가 판독된 후에는, 목표 설정부는 목표 벡터 yr을 다시 영 벡터로 설정하고, 제 1 층에 있어서의 최종의 유효한 파면 위상 검출기(16)의 출력 벡터의 유지를 해제하여, 새롭게 샘플링된 제 2 층의 유효한 출력 벡터에 근거해서 폐루프 제어를 개시한다.
이와 같이, 미리 파면 수차가 발생하는 것을 예측할 수 있는 경우에, 목표 설정부에 의해서 적절한 목표 벡터 yr을 부여하여 피드 포워드 제어를 행함으로써, 신속하게 과도 오차가 적은 파면 위상 보정 제어를 행할 수 있다. 또, 만일 제 2 층의 어드레스를 읽지 않은 경우에는, 목표 설정부는 소정 시간 tj 후에 목표 벡터 yr을 다시 영 벡터로 되돌려, 가변형 미러(8)의 상태 벡터 x의 강제 변화를 중단한다. 이와 같이 하여 폭주를 방지한 후에, 어드레스 판독 동작을 재시도한다.
어드레스 판독이 정상으로 실행된 경우에는, 목표 벡터 yr을 영 벡터로 유지하고, 제어부(50)가 형성하는 폐루프 시스템에 의해 파면 위상 검출기(16)의 출력 벡터 y가 외란 d가 있더라도 항상 영 벡터로 되도록 가변형 미러(8)를 제어한다.
또, 수학식 12에서 등가 질량 m 및 점성 계수 γ를 충분히 무시할 수 있을 정도로 작고, 변위 벡터 z가 구동력 벡터 f로부터 지연 없이 인가되도록 구성하여 제어의 간략화를 도모한 구성도 실현 가능하다. 이 경우, 수학식 22 내지 수학식 27은 수학식 28, 수학식 29와 같이 간략화할 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00028
Figure 112003028092457-pct00029
또한, C1 -를 C1의 무어 펜로즈(Moor Penrose)형 일반 역행렬이라 하면, 수학식 28, 수학식 29로부터 수학식 30을 얻을 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00030
여기서 y=0이 되도록 제어하여, 실제로 외란 d는 출력 y로서 관측되는 것을 고려하면, 수학식 31과 같이 직접 출력 벡터 y로부터 구동력 벡터 f로의 변환을 행할 수 있고, 이 구동력 벡터 f를 항상 영으로 유지하도록 적당한 정상 편차 보상과 안정화 보상을 행하면 좋다.
Figure 112003028092457-pct00031
여기서, 일반 역행렬 C1 -를 이용하는 것은, C1은 정방 행렬은 아니므로, 역행렬 C1 -1이 존재하지 않기 때문이다. 그러나, 출력 오차의 표준 ∥y∥=∥C1z-d∥를 최소로 하고, 또한 변위의 표준 ∥Z∥를 최소로 하는 일반 역행렬 C1 -는 임의의 C1 에 대해 성립하고, 최적 근사해로서의 z를 얻을 수 있다. 또한, 수학식 29 자신이 모델화 오차나 측정 노이즈 등 때문에 반드시 실제로는 해를 가지지 않는 방정식이었다고 해도 C1 -는 존재하고, 상기한 바와 같은 최적 근사를 부여하는 변위 벡터 z를 산출할 수 있다. C1 -는 C1로부터 일의로 결정되기 때문에, 미리 값이 구해진 행렬로서 제어부에 설정할 수 있다. 즉, 수학식 31에 있어서는 각 검출 영역마다의 파면 정보 y로부터 행렬 연산부 C1 -에 의해 복로광 전체의 파면 정보 C1 -y가 연산되어 있는 것이 명시되어 있다. 이 근사의 원인이 된 수학식 12 내지 수학식 27에서는 복로광 전체의 파면 정보의 항을 이와 같이 간단한 표현으로 나타낼 수는 없지만, 복로광 전체의 파면 정보를 재구성하는 연산이 행해지고 있는 것은 명백하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 파면 검출기(16)가 복로광의 국소 파면을 검출하고, 이 출력에 근거해서 제어부가 가변형 미러(8)에 복로광의 전체 파면을 재구성시키는 구동 신호를 출력하고 있기 때문에, 파면 수차의 검출 보정이 특정한 타입인 것에 한정되는 것이 아니라, 임의의 파면 수차에 대응할 수 있고, 틸트, 디스크 기재의 두께 편차나 복굴절, 지문 등의 오염 등에 의한 복합적인 파면 수차를 양호한 정밀도로 보정할 수 있다.
또한, 렌즈 어레이(14)의 각 렌즈 면적을 불균일하게 하고, 특히 복로광의 강도가 높은 부분에 배치한 검출 영역의 면적을 복로광의 강도가 낮은 부분에 배치한 검출 영역의 면적보다 크게 마련하기 때문에, 복로광의 강도 분포의 불균일에 따른 검출기마다의 집광 광량차를 보상할 수 있어, 각 광검출기의 출력 신호의 S/N비를 균등화하여 전체 파면의 재구성 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 매체가 보유하는 정보를 검출하는 매체 정보 검출부의 출력에 근거해 서 파면 검출기(16)에 의한 검출 타이밍을 생성하고 있기 때문에, 매체가 파면 검출을 하는 데 적절한 상태에 있을 때 확실하게 파면을 검출할 수 있어, 정밀도가 높은 파면 위상 검출을 행할 수 있다.
또한, 가변형 미러(8)의 요크가 회전축을 통해 반대 측 위치로 나뉜 제 1 부분과 제 2 부분을 구비하되, 제 1 고정 전극을 제 1 부분에 대향시키고, 제 2 고정 전극을 제 2 부분에 대향시켜, 제 1 부분에 결합 돌기를 거쳐 반사막을 결합시키고 있기 때문에, 반사막을 양방향으로 능동적으로 구동할 수 있어, 구동력의 대칭성을 개선하여 제어 정밀도나 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 고정 전극이나 제 2 고정 전극에 구동 신호를 부여하지 않는 상태에서는, 반사막은 평면 정밀도가 높은 반사면을 유지하고 있어, 이 상태를 그대로 중립점으로서 양방향으로 구동하고 있기 때문에, 종래와 같은 중립점을 얻기 위해 미리 초기 변형시키는 동작이 불필요하고, 초기 변형 시의 구동 감도 편차 등에 의한 중립점의 재현성 등의 문제가 없어, 보정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 액추에이터의 회전축으로부터 결합 돌기까지의 거리를 각 액추에이터마다 개별적으로 설정하여, 막 두께 방향의 액추에이터의 변위 설정 범위를 액추에이터마다 가변으로 마련하고 있기 때문에, 막 두께 방향의 치수가 각 액추에이터에서 똑같은 프로세스에 의해 형성한 경우라도 액추에이터의 변위 설정 범위를 가변으로 할 수 있다.
또한, 반사막을 원점 근방에서 고정하고, 원점에 가까운 내주 측 액추에이터의 변위량을 작게, 원점으로부터 먼 외주 측 액추에이터의 변위량을 크게 취하는 것에 의해, 내주 측 액추에이터는 만에 하나 제어계에 오동작이 있었을 경우에도 변위량이 제한되어 있기 때문에 전체에 미치는 영향을 작게 하는 것이 가능하고, 또한 변위 범위를 작게 설정하고 있는 만큼, 분해능과 구동력의 점에서 액추에이터 성능이 향상되기 쉽기 때문에, 응답성에 우수하고, 정밀도가 높은 제어를 할 수 있다.
(실시예 2)
다음에, 도 9를 참조하면서 본 발명에 따른 정보 장치의 실시예 2를 설명한다. 도 9는 본 실시예의 개략 구성을 나타내고 있다.
본 실시예의 가변형 미러(8)는 실시예 1에서 설명한 구성과 동일한 구성을 갖고 있다.
본 실시예의 정보 장치에서는, 복수의 광원을 이용한다.
우선, 청색광 기록 디스크의 광원으로 되는 파장 405㎚의 GaN계 반도체 레이저와 포토디텍터를 일체화한 청색 레이저 모듈(60)로부터 출사된 광에 대하여 설명한다.
청색 레이저 모듈(60)로부터 출사된 청색 광빔은 콜리메이트 렌즈(61)에 의해 평행광으로 변환된다. 정형 프리즘(62)은 타원형 청색 광빔을 원형으로 정형한다. 정형된 광은 편광 홀로그램(63)에 입사된다. 편광 홀로그램(63)은 LiNbO3 등의 복굴절성을 갖는 재료 기판에 홀로그램 패턴을 형성한 회절 격자이며, 패턴 홈 부의 굴절률을 프로톤 교환 등에 의해서 일치시킴으로써, 이상 광선에는 위상차를 부여하지 않고 통상 광선에는 위상차를 부여한다. 그 결과, 편광 홀로그램(63)을 투과할 때에, 이상 광선은 회절하지 않고, 통상 광선은 홀로그램 패턴에 따라 회절하여 편향된다. 통상 광선에 대해서는 ±1차 광의 비율이 최대로 되어 0차 광의 비율이 거의 영이 되도록 홈 깊이가 설계되어 있다. 또, 이상 광선과 통상 광선은 서로 직각으로 기운 직선 편광이다.
편광 홀로그램(63)으로부터 나온 직선 편광은 1/4 파장판(64)에 의해서 원 편향으로 변환되어, 다이클로익 프리즘(65)으로 입사된다. 다이클로익 프리즘(65)은 청색광 반사면(65a)과 적외광 반사면(65b)을 구비하고, 이들의 면은 레이저 파장에 따라 광빔을 선택적으로 반사 또는 투과한다. 청색광 반사면(65a)은 편광 방향에 의하지 않고, 파장 405㎚의 청색광을 거의 전 반사하고, 파장 650㎚ 이상의 적∼적외광을 거의 전 투과한다. 또, 적외광 반사면(65b)은 역시 편광 방향에 상관없고, 파장 780㎚의 적외광을 거의 전 반사하여, 파장 650nm 이하의 적∼청색광은 거의 전 투과한다. 다른 일면은 파장 선택성이 없는 통상면(65c)으로 되어있다.
고굴절률 유리재로 형성된 대물 렌즈(67)는 단일 렌즈 구성으로 NA가 0.85로 설계되어 있다. 광디스크(68)는 청색 레이저 모듈(60)에 의해서 기록 재생되는 청색광 기록 디스크, 또는 DVD 디스크, CD 디스크 중 어느 하나를 받아 들여 기록 재생 가능하게 마련된다.
청색광 기록 디스크는 기재 두께 0.6㎜의 디스크 기판에 상변화 기록 재료 또는 색소계 기록 재료로 이루어지는 기록층을 마련하고, 이 두 장의 기판을 두께30∼50㎛의 투명한 접착층을 거쳐 접합시킨 면 2층 기록 디스크이며, 그루브 또는 랜드의 한쪽에만 기록하는 포맷으로 되어있다. 그루브 피치, 즉 인접하는 그루브간 거리 p는 수학식 32와 같이 정해지고, 복로광에 있어서의 그루브에 의한 회절광의 0차 광과 +1차 광과의 간섭 영역이, 0차 광과 -1차 광과의 간섭 영역과 실질적으로 겹치지 않게 되어 있다.
Figure 112003028092457-pct00032
DVD-ROM디스크, DVD-RAM 디스크를 포함한 DVD 디스크의 기록 재생에는, DVD 레이저 모듈(69)로부터 출사되는 적색 레이저광이 이용된다. DVD 레이저 모듈(69)은 광원으로 되는 파장 650㎚의 GaInP/AlGaInP계 반도체 레이저와 포토디텍터를 일체화한 것이다.
렌즈(70)는 DVD 레이저 모듈(69)로부터 출사된 적색 광빔을 소망하는 넓은 각을 갖는 유한 광학계로 변환한다. 편광 홀로그램(71)은 편광 홀로그램(63)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 편광 홀로그램(71)은 이상 광선을 회절하지 않지만, ±1차 광의 비율이 최대로 되어 0차 광의 비율이 거의 영으로 되도록 통상 광선을 회절한다. 직선 편광을 원 편향으로 변환하는 1/4 파장판(72)으로부터 출사한 적색 광빔은 다이클로익 프리즘(65)의 적외광 반사면(65b)을 투과하여 입사하고, 청색광 반사면(65a)을 투과하여 출사된 후, 가변형 미러(8)로 향한다. 다이클로익 프리즘(65)은 타원형 빔을 원형 빔으로 정형하는 정형 프리즘의 역할을 수행한다.
CD 디스크의 기록 재생에는, CD 레이저 모듈(73)로부터 출사되는 적외 레이저광이 이용된다. CD 레이저 모듈(73)은 광원으로 되는 파장 780㎚의 GaAlAs 계 반도체 레이저와 포토디텍터를 일체화한 것이다. 유리 홀로그램(74)은 CD 레이저 모듈(73)에 가까운 측의 면에는 트래킹 제어용 3빔 작성용 홀로그램 패턴이 작성되고, 다른 면에는 복로광을 CD 레이저 모듈(73)의 포토디텍터에 편향시키기 위한 홀로그램 패턴이 작성되어 있다. 렌즈(75)는 CD 레이저 모듈(73)로부터 출사된 광빔을 소망하는 수렴각을 갖는 유한 광학계로 변환한다.
다음에, 도 10을 참조하면서, 청색 레이저 모듈(60) 및 편광 홀로그램(63)을 설명한다. 도 10은 본 실시예에 있어서의 청색 레이저 모듈(60)과 편광 홀로그램(63)과의 개략 구성을 나타내고 있다.
청색 레이저 모듈(60)의 광원(80)으로부터 출사된 청색 광빔은 도 10에서 나타내지 않는 콜리메이트 렌즈와 정형 프리즘을 통과하여 편광 홀로그램(63)에 입사된다. 편광 홀로그램(63)은, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 복로광을 포토디텍터에 편향시키기 위한 28개의 영역(63a∼63ab)과, 개구를 일정하게 제한하여, 특히, 복로광이 광원으로 되돌아가는 것을 방지하기 위한 영역(63xx)의 총 29개로 영역 분할되어 있다. 이들 각 영역에는 각각 복로광을 목적 방향으로 편향하기 위해 최적의 회절 격자 패턴이 형성되어 있다.
영역(63a∼63ab)의 형상은 청색광 기록 디스크의 그루브 홈에 의해서 형성되는 간섭 패턴과 함께 설계된다. 영역(63a, 63n, 63o, 63ab)은 청색광 기록 디스크의 0차 반사광의 영역에 대응하고 있다. 또한, 영역(63b∼63m)은 0차 반사광과 +1 차 반사광과의 간섭 영역에 대응하고, 영역(63p∼63aa)은 0차 반사광과 -1차 반사광의 간섭 영역에 대응하고 있다.
청색광 기록 디스크의 그루브 피치 p는 수학식 32와 같이 정해져 있기 때문에, +1차 광과 -1차 광의 간섭 영역은 없고, 편광 홀로그램(63)에도 이것에 대응한 영역은 마련하지 않는다.
편광 홀로그램(63)을 통과한 왕로의 청색 광빔은 이상 광선이 회절되는 일없이 직진하고, 통상 광선은 회절하여 편향된다. 편향된 통상 광선은 광로 외로 벗어나 무효인 미광(迷光)으로 되고, 이상 광선만이 유효한 청색 광빔으로서 광디스크(68)에서 반사되어 복로광으로 된다. 귀로의 광빔은 도시하지 않는 1/4 파장판을 왕복 총 2회 통과하여 통상 광선으로 되어 있기 때문에, 편광 홀로그램(63)에서 거의 전 광량 회절되고, ±1차 광이 청색 레이저 모듈(60)의 각 포토디텍터에 편향된다.
청색 레이저 모듈(60)의 포토디텍터는 청색광 기록 디스크의 기록 트랙 접선 방향에 대응한 세로 분할선에 의해 2분할된 세로 분할 포토디텍터(81)와, 이과 직교하는 방향의 가로 분할선에 의해 2분할된 가로 분할 포토디텍터(82)로 이루어진다. 세로 분할 포토디텍터(81) 및 가로 분할 포토디텍터(82)는 모두 28개씩이고, 각각 편광 홀로그램(63)의 각 영역(63a∼63ab)과 일 대 일로 대응하고 있다. 편광 홀로그램(63)의 각 영역(63a∼63ab)으로부터의 출사광은 각각 대응하는 세로 분할 포토디텍터(81) 및 가로 분할 포토디텍터(82)의 분할선 상에 초점을 맺도록 설계되어 있다. 초점 위치에 관한 홀로그램 구성은, SSD 법으로 통상 행해지는 것과 같은 포토디텍터면의 법선 방향을 따라 전후로 초점 위치를 나누는 구성에이 아니라, ±1차 광 모두 포토디텍터면이 초점 위치로 되는 것과 같은 구성을 취하고 있다. 단, 편광 홀로그램(63)과 청색 레이저 모듈(60)과의 상대 위치 오차와 같은 광학 소자의 조정 오차 마진을 확보하기 위해서, 초점에서의 스폿 직경은 50∼100㎛ 정도로 비교적 큰 값을 취하고 있다. 이것은 각 영역(63a∼63ab)이 28개의 영역으로 미세하게 분할되어, 각 영역의 크기가 작게 되어 있고, 각 포토디텍터 측에서 보았을 때의 NA가 작게 되어 있기 때문에 무리 없이 실현할 수 있다. 이와 같이 구성한 경우에도 대물 렌즈의 포커스 오차 신호를 작성할 수 있는 것은 뒤에 설명한다.
도면의 L, R을 좌우 방향, U, D를 상하 방향으로 하고, 세로 분할 포토디텍터(81)의 각 좌 분할부의 출력을 La∼Lab, 각 우 분할부의 출력을 Ra∼Rab라 한다. 소문자의 a∼ab는 편광 홀로그램(63)의 각 영역(63a∼63ab)과 대응한 것이다. 마찬가지로, 가로 분할 포토디텍터(82)의 각 상(上) 분할부의 출력을 Ua∼Uab, 각 하(下) 분할부의 출력을 Da∼Dab라 한다. 또한, 각 포토디텍터의 분할부로부터의 출력 La∼Lab, Ra∼Rab, Ua∼Uab, Da∼Dab는 도시하지 않은 프리앰프 및 연산 회로에 의해 증폭, 차분 연산, 가산 연산이 행해져, 대물 렌즈 및 가변형 미러의 제어 신호와 기록 신호로 작성된다.
우선, 대물 렌즈의 트래킹 오차 신호 TE는 푸시 풀법에 의해 편광 홀로그램(63)에 있어서의 좌우 광량차로서 작성된다. 이 내용을 수학식 33과 같이 나타낸다. 여기서, Σ( )는 괄호 내에 있는 출력의 총합을 나타내는 기호로 한다.
Figure 112003028092457-pct00033
다음에, 대물 렌즈의 포커스 오차 신호 FE의 작성 원리를 도 11을 이용하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 포커스 오차와 광검출기로의 집광 위치와의 관계를 설명하는 원리 설명도이다. 여기서는 광디스크의 그루브 홈에 의한 회절의 영향 등을 무시하고 설명을 간략화하지만, 이러한 조건이 있더라도 기본 사고 방식은 동일하다. 또한, 이것도 간단화를 위해 1차원 모델로 설명하고 있지만, 이것을 2차원 모델로 확장하는 것은 용이하다.
도 11(a)는 대물 렌즈가 광디스크로부터 멀어지는 방향으로 포커스 오차를 갖는 상태에서의 포토디텍터에의 집광 위치를 나타내고 있다. 도면의 우측에는 광빔(83)이 평행광 상태에어서의 파면을 모식적으로 나타내고 있다. 포커스 오차가 없는 상태의 파면 WO는 일점 쇄선으로 도시하는 바와 같이 평면이지만, 상기 한 바와 같은 포커스 오차가 있는 상태의 파면 W1은 실선으로 나타낸 것과 같은 광축에 대해서 대칭인 오목 곡면으로 된다. 이 평행광의 광빔(83)이 입사하는 편광 홀로그램(63)의 각 영역을 파선으로 모식적으로 나타내고 있지만, 이 각 영역의 중심과 광축과의 거리를 L이라 하고 있다. 거리 L은 각 영역마다 다른 미리 결정된 값이며, 2차원 모델로 확장한 경우에는 각 영역의 중심 위치를 나타내는 좌표로 된다. 거리 L에는 정부의 구별을 마련하고, 여기서는 도면의 A 방향을 정으로 한다.
편광 홀로그램(63)을 통과한 광빔(83)은 도시하지 않는 정형 프리즘, 콜리메이트 렌즈를 통과한 후에, 분할 포토디텍터에 집광된다. 이 상태를 도면의 좌측에 나타내고 있다. 분할 포토디텍터는 세로 분할 포토디텍터(81)에 대해서도 가로 분할 포토디텍터(82)에 대해서도 같게 취급할 수 있고, 중앙으로 분할선이 들여다보이는 방향으로부터 본 도면으로 되어있다. 따라서, 도 11(a)를 세로 방향으로부터 본 도면이라 하면, 이것은 세로 분할 포토디텍터(81)에 대한 설명으로 되어 있고, 동 도면을 가로 방향으로부터 본 도면이라고 하면, 이것은 가로 분할 포토디텍터(82)에 대한 설명으로 되어있다. 이후의 설명에서는 공통화하여 분할 포토디텍터이라고 부른다. 포커스 오차가 없는 상태에서는, 일점 쇄선으로 나타내는 것과 같이 각 분할 포토디텍터에의 집광 위치는 분할선 상에 오도록 조정되어 있지만, 포커스 오차가 있는 상태에서의 집광 위치는 실선으로 도시하는 바와 같이 분할선으로부터 어긋난다. 이 집광 위치의 어긋남 ε은 각 분할 포토디텍터에 대하여 개별적으로 측정된다. 집광 위치의 어긋남 ε에 대해서도 역시 정부의 구별을 마련하고, 여기서도 도면의 A 방향을 정으로 한다. 집광 위치의 어긋남 ε의 부호는 거리 L의 부호와 부의 상관이 있지만, 이것은 파면 W1이 오목 곡면인 것에 기인한다.
도 11(b)는 대물 렌즈가 광디스크에 접근하는 방향으로 포커스 오차를 갖는 상태에서의 분할 포토디텍터에의 집광 위치를 나타내고 있다. 도면의 구성 요소, 기호의 의미 등은 도 11(a)와 동일하다. 도면의 우측에서, 이러한 포커스 오차가 있는 상태의 파면 W2를 실선으로 나타내지만, 이것은 광축에 대하여 대칭인 볼록 곡면이다. 이 상태에서의 집광 위치의 어긋남 ε의 부호는 거리 L의 부호와 정의 상관이 있지만, 이것은 파면 W2가 볼록 곡면에 있는 것에 기인한다.
상기한 관계를 그래프로 플로팅하면, 도 11(c)와 같은 관계가 얻어진다. 가로축을 거리 L, 세로 축을 집광 위치의 어긋남 ε로 하고, 플로팅한 데이터를 연결하는 직선의 평균 기울기 k를 구하고 있다. 파면 W0에 대응한 상태, 즉 포커스 오차가 없는 상태에서는 기울기가 원리적으로는 영이지만, 실제로는 분할 포토디텍터의 위치 조정 오차 등에 의해 △표로 나타낸 초기 어긋남 값을 갖고, 1점 쇄선으로 나타낸 바와 같은 기울기 k0을 갖는다. 이 값은 오프셋값으로서 미리 ROM에 저장되어 있고, 기울기 k를 산출할 때의 보정값으로서 사용한다. ×표는 파면 W1에 대응한 상태, 즉 대물 렌즈가 광디스크로부터 멀어지는 방향으로 포커스 오차를 갖는 상태에서의 플롯이며, 2점 쇄선으로 나타낸 것과 같은 부의 기울기 k1을 갖는다. ○표는 파면 W2에 대응한 상태, 즉 대물 렌즈가 광디스크에 접근하는 방향으로 포커스 오차를 갖는 상태에서의 플롯이며, 파선으로 나타낸 바와 같은 정의 기울기 k2를 갖는다. 이와 같이, 기울기 k1, k2는 대물 렌즈가 광디스크에 대하여 멀어지거나 또는 접근하는 것에 따른 포커스 오차에 대응한 극성 및 크기를 가지기 때문에, 기울기 k를 이용하여 포커스 오차 신호 FE를 작성하고, 이것이 오프셋 보정을 한 상태로 영이 되도록 대물 렌즈를 제어한다.
이 때의 집광 위치의 어긋남 ε의 값을 분할 포토디텍터의 출력으로부터 구하기 위해서는, 이미 도 6(b)을 이용하여 설명한 바와 같이, 분할 포토디텍터의 광량차를 광량 합으로 나누어 규격화한 출력을 이용한다. 이 출력이 의미하는 것은, 수학식 2, 수학식 9 내지 수학식 11로부터 알 수 있듯이, 거의 각 영역 내의 국소적인 파면의 기울기, 즉 국소 파면의 1차 공간 미분값으로 된다.
이와 같이, 포커스 오차 신호를 생성함으로써, 종래 방식과 비교하여 이하의 효과가 있다. 종래의 포커스 오차 검출 방법은 나이프 에지법, SSD법, 비점수차법 등이 있지만, 모두 기본적으로 복로광의 전체 파면을 이용하여, 이 전체 파면의 곡률 변화를 기초로 하여 포커스 오차를 검출하고 있다. 즉, 대물 렌즈가 광디스크에 접근하거나 멀어지는 것에 따라, 전체 파면의 곡률이 변화하여 초점 위치가 포토디텍터면의 전후로 이동하지만, 이 초점 위치의 전후로의 이동을 분할 포토디텍터의 출력차로서 검출하기 위해서 광학적인 설계를 고안하고 있었다. 나이프 에지법에서는 분할선이 광축을 통하도록 마련하고, 또한 광량을 비대칭으로 하며, SSD법에서는 미리 초점 위치를 포토디텍터면의 전후로 나누고, 또한 초점 위치를 분할선의 좌우로 나누고 있고, 비점수차법도 렌즈의 방향에 의해 초점 위치가 포토디텍터면의 전후로 나눠져 있다.
그러나, 편광 홀로그램(63)의 검출 영역을 다중 분할하여 각 영역의 면적을 작게 할수록, 파면의 곡률 차이를 검출하는 종래 방법에서는 검출 정밀도가 저하하게 된다. 이것은 곡률이 파면의 2차 공간 미분값으로서 인가되는 값인 것이 원인이고, 이러한 고차의 변화는 검출 영역이 좁아질수록 검출이 곤란해진다. 이에 대하여 본 실시예의 구성에서는, 검출 영역 내에서의 파면의 기울기 변화, 즉 1차 공간 미분값을 검출하여, 이것을 합성하여 포커스 오차 신호로 하고 있기 때문에, 편광 홀로그램(63)의 검출 영역을 다중 분할하여 각 영역의 면적을 작게 하여도 포커스 오차의 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
포커스 오차 신호 FE가 생성할 수 있는 원리는 이상이며, 이것을 다소 간략화한 식을 수학식 34로 나타낸다. 여기서, 각 영역(63a∼63ab)마다의 좌우 분할부의 출력차 X(=R-L), 상하 분할부의 출력차 Y(=U-D), 전체 총합 S(=R+L+U+D), 광축중심과 각 영역 중심과의 거리의 절대값 L의 네 개의 기호를 이용하고 있다. 예컨대, 영역(63a)에 대응하는 Xa, Ya, Sa는 수학식 35 내지 수학식 37과 같이 인가된다.
Figure 112003028092457-pct00034
Figure 112003028092457-pct00035
Figure 112003028092457-pct00036
Figure 112003028092457-pct00037
도 10으로 되돌아가 구성의 설명을 계속한다. 가변형 미러를 제어하기 위한 신호로는, 상기한 출력 신호 Xa∼Xab, Ya∼Yab, Sa∼Sab를 로우패스 필터에 의해서 처리한 신호를 이용한다. 로우패스 필터의 컷오프 주파수는 기록 마크에 의한 변조의 영향을 피하기 위해서, 기록 마크의 재생 신호의 대역에 비해 충분히 낮은 값으로 설정한다. 또한, 이 컷오프 주파수를 대물 렌즈의 응답 주파수보다 충분히 낮은 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해, 포커스 오차 및 트래킹 오차에 따른 파면 변화 노이즈를 평균화하고, 그들 노이즈에 의한 영향을 대폭 감소시킬 수 있기 때문이다. 이하의 설명에서는, 출력 신호 Xa∼Xab, Ya∼Yab, Sa∼Sab는 모두 로우패스 필터에 의한 처리를 실시한 후의 신호를 의미하는 것으로 한다.
본 실시예에서는, 규격화 출력 Xa/Sa∼Xab/Sab, Ya/Sa∼Yab/Sab를 작성하고, 본 발명의 실시예 1에서 설명한 바와 같은 행렬에 의한 상태 방정식으로부터 서보 필터를 구하고, 이들 각 출력 Xa/Sa∼Xab/Sab, Ya/Sa∼Yab/Sab가 영이 되도록 가변형 미러를 제어한다.
편광 홀로그램(63)의 외주부 영역(63xx)은 광원(80)으로부터의 넓은 각에 편차가 있더라도, 개구를 일정값으로 규정하는 역할을 하고, 왕로광에 있어서의 통상 광선을 광로 밖으로 편향하여 무효인 미광(迷光)으로 하고, 투과한 이상 광선이 디스크에서 반사하여 통상 광선의 복로광으로서 재입사했을 때에는, 세로 분할 포토디텍터(81) 및 가로 분할 포토디텍터(82)에 영향을 미치지 않는 위치로 편향하도록 홀로그램의 패턴이 설계되어 있다.
다시 도 9를 참조한다.
DVD 레이저 모듈(69)의 포토디텍터와 편광 홀로그램(71)의 상세 구성은 거의 청색 레이저 모듈(60)과 편광 홀로그램(63)에서 설명한 내용과 동일하다. 양자의 상이점은 적색광 빔의 광로가 유한계로 구성되어 있는 것, 원형 빔으로 정형되기 이전의 타원 빔의 상태에서 편광 홀로그램(71)에 입사되는 것, 레이저 파장의 차이가 있는 것 등에 대응하여, 구체 설계 치수가 다른 정도이다.
CD 레이저 모듈(73)의 포토디텍터와 유리 홀로그램(74)의 구성도, 역시 기본적으로는 거의 상기와 유사한 내용이다. 상기 구성과의 상이점은 보정 정밀도가 너무 심하지 않은 것으로부터 파면 위상 검출을 위한 홀로그램 패턴의 국소 영역 분할 수를 감소시키고 있는 것, 3빔 트래킹 검출과의 양립을 도모하는 것으로부터 보조 빔의 출사/입사 위치에 대응하는 부분에는 파면 위상 검출을 위한 홀로그램 패턴을 마련하고 있지 않은 것에 있다. 또한, 편광 홀로그램이 아닌 유리 홀로그램이기 때문에, 편광 방향에 의한 거동의 차이는 없다.
CD 레이저 모듈(73)로부터의 왕로의 입사광인 적외광빔은, 우선 CD 레이저 모듈(73)에 가까운 측의 면에서 트래킹 제어용 3빔으로 분기된다. 다음에, 타면에서 포토디텍터로 편향시키기 위한 홀로그램 패턴에 의해서 1차 광 이상이 광로 외로 편향하여 무효인 미광으로 되고, 0차 광만이 유효한 적외광빔으로서 광디스크(68)로 반사되어 복로광으로 된다. 복로의 광빔은 ±1차 광이 CD 레이저 모듈(73)의 각 포토디텍터로 편향된다. 복로의 광빔의 0차 광은 반도체 레이저에의 복귀광으로 되지만, 복귀광량이 비교적 많은 경우도 있어, 현저한 스코프 등의 악영향에는 이르지 않는다.
이상과 같이 구성된 정보 기록 장치에 대하여, 도 12를 이용하여 그 동작을 설명한다. 도 12는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 정보 기록 장치의 디스크 종류별 광학계 개요도이다. 도 12(a)는 청색광 기록 디스크의 기록 재생을 위한 청색 광학계, 도 12(b)는 DVD 디스크의 기록 재생을 위한 적색 광학계, 도 12(c)는 CD 디스크 재생을 위한 적외 광학계이다. 청색 광학계는 무한계, 적색 광학계와 적외 광학계는 유한계이며, 특히, 적외 광학계는 렌즈(75)에 의한 결상점이 대물 렌즈(67)의 바로 앞, 즉 렌즈(75)와 대물 렌즈(67)와의 사이에 위치하도록 마련되어 있다.
각 색의 광학계는 가변형 미러(8)를 동작시키지 않는 상태, 즉, 반사면이 평탄한 상태로 설계 상의 파면 수차가 최소가 되도록 설계되어 있다. 유한계의 적색 광학계와 적외 광학계는 렌즈 시프트나 면진동에 의한 포커스 위치 변화와 같은 이상(理想) 설계 상태로부터의 어긋남에 대하여 파면 수차가 발생하기 쉬운 조건으로 되어 있지만, 최악의 어긋남의 상태에 있어서도 적어도 파면 수차가 가변형 미러(8)의 보정 가능 범위를 초과하지 않도록, 가변형 미러(8)의 액추에이터의 스트로크 범위가 정해지고 있다.
도시하지 않는 로딩 기구에 의해서 광디스크(68)가 삽입되고, 도시하지 않는 디스크 모터에 장착되면, 우선 CD 레이저 모듈(73)을 발광시켜, 대물 렌즈(67)를 아래로부터 위로 이동시켜 포커스 인입 동작을 행하고, 광디스크(68)가 CD 디스크인지 여부의 판별 동작을 행한다. 광디스크(68)의 제어 트랙 데이터를 판독할 수 있고, 광디스크(68)가 CD 디스크라고 판단한 경우에는 통상의 CD의 재생 동작으로 이행한다. 이외의 경우에는, 광디스크(68)는 CD 디스크가 아니라고 판단하고, 다음에 DVD 레이저 모듈(69)을 발광시켜, 포커스 인입 동작을 행하여, DVD 디스크인지 여부의 판별 동작을 행한다. 광디스크(68)가 DVD 디스크인 경우에는 DVD의 기 록 재생 동작으로 이행하지만, 이외의 경우에는 광디스크(68)가 청색광 기록 디스크라고 판단하여 청색 레이저 모듈(60)을 발광시켜, 포커스를 인입하여 청색광 기록 디스크의 기록 재생 동작으로 이행한다.
이와 같이, CD 레이저 모듈(73), DVD 레이저 모듈(69), 청색 레이저 모듈(60)의 순서로 발광시켜 디스크를 판별함으로써, 포커스 인입 동작 시에 대물 렌즈(67)가 광디스크(68)에 충돌하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
보다 일반적으로는, 대물 렌즈(67) 출사 측의 개구수 NA가 작은 광학계를 우선적으로 이용하여 디스크 판별을 행한다. 본 구성에서는 적외 광학계의 NA=0.45, 적색 광학계의 NA=0.6, 청색 광학계의 NA=0.85의 순으로 디스크 판별을 행하고 있다. 대물 렌즈(67)가 광디스크(68)에 충돌하는 것을 방지하는 목적에 있어, 상기한 동작은 이하에 말하는 조건이 성립하는 경우에 특히 효과적이다. 우선, 수학식 38에서 부여되는 충돌 초점 거리 f에 대하여 설명한다. 충돌 초점 거리 f는 대물 렌즈(67)가 광디스크(68) 표면에 충돌했을 때의 디스크 표면에서 초점까지의 거리로서 정의한 것이다.
Figure 112003028092457-pct00038
여기서, n은 디스크 기재의 굴절률이며, 예컨대, 폴리카보네이트 수지에서는 대표값 1.55로서 인가된다. 또한, r은 대물 렌즈(67)의 정상, 즉 광디스크(68)와 가장 근접한 위치에서의 동(瞳) 반경이며, 광학계의 설계에서 결정되는 값이다. 본 구성에서는 적외 광학계가 r=0.57㎜, f=1.9㎜, 적색 광학계가 r=0.63㎜, f=1.5㎜, 청색 광학계가 r=0.73㎜, f=1.1㎜로 되도록 마련되어 있다.
광디스크(68)의 디스크 기재 두께 t가 충돌 초점 거리 f보다 큰 조합에서는 디스크 기록면을 검출할 수 없고, 포커스 인입 동작 시에 대물 렌즈(67)는 광디스크(68) 표면에 충돌한다. 예컨대, CD 디스크(디스크 기재 두께 t=1.2㎜)를 청색 광학계를 이용하여 디스크 판별하면, 충돌 초점 거리 f=1.1㎜보다 커, 대물 렌즈(67)의 충돌이 발생한다. 따라서, 받아들일 수 있는 광디스크(68) 중 최대의 디스크 기재 두께 t를 tmax로 하고, 각 광학계 중 최소의 충돌 초점 거리 f를 fmin이라고 했을 때에, 수학식 39의 조건이 성립하는 경우에는, 대물 렌즈(67) 출사 측의 개구수 NA가 작은 광학계를 우선적으로 이용하여 디스크 판별을 행하고, 이러한 광디스크와 광학계와의 조합이 발생하는 것을 확실히 배제하여 둔다. 이에 따라, 포커스 인입 동작 시에 대물 렌즈(67)가 광디스크(68)에 충돌하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00039
광디스크(68)의 종류의 판별이 완료하면, 정보 기록 장치는 판별 결과에 따른 레이저 모듈을 구동한다. 이것 이후의 동작에 대해서는, 구성에서 설명한 내용과 실시예 1의 동작에서 설명한 내용에 준한 것으로 하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 복수의 파장을 갖는 광원으로부터 출사되는 왕로광을, 파면 검출하면서 가변형 미러(8)로 파면을 보정하고, 공 통의 대물 렌즈(67)를 사용하여 기록 재생하기 때문에, 간단한 구성으로 복수 종류의 광디스크(68) 호환을 양호한 정밀도로 실행할 수 있다. 또한, 파장의 차이에 의한 색수차, 광디스크(68) 기재 두께의 차이에 따른 구면 수차 등의 여러 가지 파면 수차에 대하여, 미리 광학계 설계에서 소정 범위 내에 두고 있으면 나머지 수차는 파면 보정으로 제거할 수 있어, 수차 설계의 마진을 대폭 넓힐 수 있다.
또한, CD 디스크를 위한 적외 광자계를 대물 렌즈의 바로 앞에 결상점을 갖는 유한 광학계로 했기 때문에, NA가 0.85로 극단적으로 큰 대물 렌즈(67)를 이용하여 NA=0.45 상당의 CD 디스크의 재생을 가능하게 하고 있다. 또한, 편광 홀로그램(63)이 영역(63a∼63ab)마다 다른 두 방향으로 복로광을 편향하고, 각각 분할선의 방향이 다른 세로 분할 포토디텍터(81)와 가로 분할 포토디텍터(82)를 배치하여 수광하고 있기 때문에, 회절광을 유효하게 이용할 수 있어, 디텍터 위치 조정이 용이하고, 또한 디텍터로부터의 출력의 배선 밀도가 작아 배선 설계가 용이한 두 방향의 파면 성분을 검출할 수 있다.
또한, 광디스크(68)의 그루브 홈에 의한 간섭 조건에 따라 복로광을 복수 영역(63a∼63ab)으로 분할하고, 동일한 영역 내에서는 간섭 조건을 거의 동일하게 하고 있기 때문에, 그루브 홈에 의한 간섭에 의해 복잡한 광강도 패턴을 갖는 복로광에 대해서도 양호한 정밀도로 파면을 검출할 수 있다.
또한, 검출 영역 내에서의 파면 기울기 변화, 즉 1차 공간 미분값을 검출하여, 이것을 합성하여 포커스 오차 신호로 하고 있기 때문에, 편광 홀로그램(63)의 검출 영역을 다(多) 분할하여 각 영역의 면적을 작게 하여도 포커스 오차의 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 광디스크(68)의 판별부가 CD 디스크, DVD 디스크, 청색광 기록 디스크의 순서로 디스크 판별 동작을 행하는 것에 따라, 포커스 인입 동작 시에 대물 렌즈(67)가 광디스크(68)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
(실시예 3)
도 13을 참조하면서, 본 발명에 따른 가변형 미러의 다른 실시예를 설명한다. 도 13은 본 실시예의 개략 구성을 나타내고 있다. 또, 도 13에 있어서, 실시예 1과 공통하는 부재에 대해서는, 도 3에 있어서의 참조 부호와 동일한 참조 부호를 부여하고 있다.
기판(21)은 Si 재료로 형성되고, 그 열팽창 계수가 2.8∼7.3×10-6이다. 반사막(83)은 기판(21)보다 열팽창 계수가 큰 금속 재료를 스퍼터 증착하여 형성하고 있다. 반사막(83)의 재료가 Al재료인 경우에는, 그 열팽창 계수는 23.6×10-6 정도이다.
반사막(83)은 450℃ 정도의 고온 상태로 형성되고, 또한 둘레(84)에서 기판(21)과 결합하고 있기 때문에, 실제로 사용되는 온도 조건 80℃ 이하에서는, 열팽창 계수의 차에 의해서 반사막(83) 쪽이 기판(21)보다 크게 줄어들어 장력 방향의 내부 응력이 발생하고 있다. 이에 따라 항상 확실하게 반사막(83)에는 장력이 작용하는 상태로 되어, CMP에 의해 평탄화된 반사면(85a)의 평면 정밀도를 유지할 수 있다.
액추에이터(33)와 반사막(83)을 결합하는 결합 돌기(83b)는 Al재료로 반사막(83)과 일체적으로 형성되고, 요크(28)와 반사막(83)의 전기적인 도통을 취하고 있다. 또한, 반사막(83)은 동일 Al 재료의 둘레(84)에 결합되어, 절연층(24)에 마련된 비아(85)를 거쳐 기판(21)의 배선층(23)에 도통되고 있고, 여기에서 접지 전위로 떨어뜨려지고 있다. 이와 같이, 반사막(83)과 결합 돌기(83a)를 일체로 하여 도전 재료를 형성하고, 도전성 요크(28)와 결합시키는 것에 의해, 요크(28)로의 배선 경로를 간소화하고, 또한 배선 저항을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 액추에이터(33)로부터 반사막(83)까지가 모두 단일 재료로 형성되기 때문에, 제조 프로세스를 간소화하고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
(실시예 4)
도 14를 참조하면서, 본 발명에 따른 가변형 미러의 다른 실시예를 설명한다. 도 14(a)는 가변형 미러의 개략 단면을 나타내고, 도 14(b)는 액추에이터(94)와 반사경(93)의 분해 사시도를 나타내고 있다.
도 14(a)에 있어서, 기판(86), 배선층(87), 절연층(88), 비아(89, 89', 89")는 실시예 1에 있어서의 기판(21), 배선층(23), 절연층(24), 비아(25, 25', 25")와 거의 마찬가지의 구성을 갖고 있지만, 배치 위치 등이 다르다.
본 실시예의 구성이 실시예 1의 구성과 다른 주요한 점은 반사경(93)을 서로 분리한 복수의 미소경으로 하고, 각 반사경(93)마다 액추에이터(94)에 결합시킨 점 이다.
도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 베이스(95)는 길이 La, 폭 Wa인 대략 직사각형 형상을 갖고 있다. La 및 Wa는 하나의 액추에이터(94)가 차지하는 단위 셀의 치수를 규정한다. 이러한 단위 셀은 극간 없이 액추에이터(94)가 깔려있는 경우의 각 액추에이터의 점유 영역에 대응하고, 실제의 요크(91) 등의 치수와는 일치하지 않는다. 이후, 액추에이터(94)의 길이 La 및 폭 Wa를 이 의미로 이용한다.
본 실시예에서는, 길이 La를 폭 Wa보다 크게 설정하기 위해, 액추에이터(94)의 길이 방향은 회전축 A와 직교한다. 베이스(95)에는, 지지 포스트 부착부(95a)와 요크 접촉부(95b, 95b')가 마련된다. 이들 작용은 실시예 1에 대하여 설명한 작용과 마찬가지이다.
요크(91)는 힌지부(91b)를 거쳐서 지지 포스트(90)와 접속하고 있고, 힌지부(91b)의 비틀림 변형에 의해 회전축 A를 중심으로 회전 가능하다.
각 반사경(93)은 독립적으로 동작한다. 이 반사경(93)의 변형에 의한 부하가 없는 만큼, 힌지부(91b)의 강성은 실시예 1의 것보다 높게 마련할 수 있다. 요크(91)는 회전축 A를 통해 좌우로 나뉜 제 1 부분(91a)과 제 2 부분(91a')을 갖고, 제 1 부분(91a)은 간격을 두고 제 1 고정 전극(92)에 대향하는 위치에 있고, 제 2 부분(91a')은 간격을 두고 제 2 고정 전극(92')에 대향하는 위치에 있다. 또한, 요크(91)는 일점 쇄선으로 나타내는 요크 유단(遊端)(91c)에서 결합 돌기(93b)와 결합한다. 요크 유단(91c)은 요크(91)의 제 1 부분(91a)의 영역 내에 있고, 회전축 A로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 있다. 실시예 1에서 기술한 것과 마찬가지로, 이 거리는 액추에이터마다 다르게 할 수도 있다. 요크(91), 지지 포스트(90), 베이스(95)는 모두 Al 재료로 형성되고, 전위는 모두 동일하다.
반사경(93)은 액추에이터(94)와는 길이 방향이 다르고, 폭 Wm을 길이 Lm보다 크게 하여 회전축 A 방향을 길이 방향으로 한 대략 직사각형 형상을 갖고 있다. 반사경(93)도 역시 Al재료로 형성되고, 표면에 반사면(93a)을 구비한 실질적인 강체이다. 결합 돌기(93b)는 반사경(93)과 동일한 Al 스퍼터 증착 프로세스 중에 형성되어 있다. 제 1 고정 전극(92)과 요크(28)간, 또는 제 2 고정 전극(92')과 요크(28) 사이에 전위차를 부여하면, 정전력에 의해서 요크(28)는 회전축 A를 중심으로 시계 방향 CW, 또는 반시계 방향 CCW로 회전하고, 결합 돌기(93b)를 거쳐서 요크(91)에 결합된 반사경(93)은 도시하지 않은 기판에 근접하는 아래 방향과 기판으로부터 이간하는 위 방향의 양방향으로 변위한다.
이 때, 반사경(93)은 순수하게 상하 방향으로만 작동하는 것이 아니라, 요크(91)가 기울어지는 각도와 같은 만큼 기울기가, 액추에이터(94)의 형상을 회전축 A와 직교하는 방향을 길이 방향으로 취하고, 반사경(93)의 형상을 회전축 A의 방향을 길이 방향으로 취하고 있기 때문에, 변위량에 대한 기울기 각을 매우 작게 억제할 수 있다. 또한, 반사경(93)의 면적 Lm×Wa는 액추에이터의 면적 La×Wa의 90% 이상으로 크게 취하여, 반사광량의 저하를 방지하고 있다. 따라서, 반사경의 폭 Wm은 액추에이터의 폭 Wa보다 크고, 반사경(93)의 투영 치수는 액추에이터(94)의 치수로부터 일부가 밀려나오도록 마련된다. 이러한 구성에 의해서도 복수의 액추에이터(94)를 배열했을 때, 반사경(93)끼리가 오버랩하지 않는 것과 같은 배치 구성이 취해진다. 이 배치의 모양을 도 15를 이용하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 액추에이터(94)와 반사경(93)의 배치도이다. 도면에서는 경계를 판단하기 쉽게 하기 위해, 베이스(95)가 인접하는 베이스(95)와 멀리 떨어져 있도록 나타내고 있지만, 실제로 이 극간은 매우 가깝거나 또는 영이다.
액추에이터(94)는 회전축 A와 직교하는 방향으로 인접하는 것끼리는 서로 어긋나지 않게 배치하고, 회전축 A 방향으로 인접하는 것끼리는 p=La/k만큼 어긋나게 한 위치에 배치한다. 여기서 k는 1보다 큰 수로 하고, 도면에 있어서는 k=2이다. 반사경(93)의 길이 Lm 및 폭 Wm은 수학식 40, 수학식 41을 만족하도록 결정할 수 있다.
Figure 112003028092457-pct00040
Figure 112003028092457-pct00041
이들 조건을 만족하도록, 반사경(93)의 길이 Lm 및 폭 Wm을 마련함으로써, 반사경(93)끼리의 간섭과 상하 방향의 변위에 따른 기울기를 억제하고, 또한 반사 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 반사경(93)을 서로 분리한 복수의 미소경으로 하고, 각 반사경(93)마다 액추에이터(94)에 결합시키고 있기 때문에, 반사경(93)의 변위를 각 액추에이터(94)마다 완전히 독립하여 제어할 수 있기 때문에 제어 조작이 간단하게 되고, 또한 응답성을 향상시킬 수 있다.
(실시예 5)
도 16(a) 및 도 16(b)를 참조하면서, 본 발명의 실시예 5에 있어서의 가변형 미러를 설명한다. 도 16(a)는 가변형 미러의 개략 단면도, 도 16(b)는 액추에이터(104)와 반사경(105)의 분해 사시도이다. 본 구성이 실시예 4와 특히 다른 점은 반사경(105)이 한 쌍의 요크(101, 102)를 포함하는 액추에이터(104)와 결합 돌기(105a, 105b)의 두 점에서 결합하고, 평행한 상하 이동(스트로크 동작)이 가능하다는 점에 있다.
도 16에 있어서, 지지 포스트(100, 110), 요크(101, 102), 제 1 고정 전극(106, 107), 제 2 고정 전극(106', 107'), 베이스(115), 기판(116), 배선층(117), 절연층(118), 비아(119, 119', 119")의 상세한 것은 실시예 4에서 설명한 것과 거의 마찬가지이다.
요크(101)의 제 1 및 제 2 부분(101a, 101a')과 대향하는 위치에는 제 1 및 제 2 고정 전극(106, 106')을 배치하고, 또 한 쪽 요크(102)의 제 1 및 제 2 부분(102a, 102a')과 대향하는 위치에는 제 1 및 제 2 고정 전극(107, 107')을 배치하고 있다. 제 1 고정 전극(106, 107)은 전기적으로 접속되어 등전위가 되도록 마련되고, 마찬가지로 제 2 고정 전극(106', 107')은 전기적으로 접속되어 등전위가 되도록 마련된다.
반사경(105)은 결합 돌기(105a)를 거쳐 요크(101)의 제 1 부분(101a)과 결합하고, 또한 결합 돌기(105b)를 거쳐 요크(102)의 제 1 부분(102a)과 결합하고 있다.
반사경(105)의 강성은 결합 돌기(105a, 105b)의 강성보다 충분히 커지도록 형상 치수가 정해져 있다.
도 16(a)에 있어서, 제 2 고정 전극(106', 107')에 구동 회로(22)로부터 구동 전압을 부여했을 때의 반사경(105)의 상태를 좌측에 나타내고 있다. 고정 전극(106', 107')에 구동 전압을 부여하면 요크(101)의 제 2 부분(101a')과 요크(102)의 제 2 부분(102a')이 고정 전극 측에 흡인되고, 반사경(105)은 평행 상태를 유지한 채로 기판(116)으로부터 이간하는 방향으로 이동한다.
또한 반대로, 제 1 고정 전극(106, 107)에 구동 회로(22)로부터 구동 전압을 부여했을 때의 반사경(105)의 상태를 우측에 나타내고 있다. 고정 전극(106, 107)에 구동 전압을 부여하면 요크(101)의 제 1 부분(101a)과 요크(102)의 제 1 부분(102a)이 고정 전극 측에 흡인되고, 반사경(105)은 평행 상태를 유지한 채로 기판(116)에 근접하는 방향으로 이동한다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 반사경(105)의 평행을 유지한 채로, 기판 수직 방향으로의 이동이 가능하고, 반사경(105)의 기울기에 따른 악영향을 회피할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 제 1 고정 전극(106, 107)을 등전위로 하고, 제 2 고정 전극(106', 107')을 등전위로 하여, 반사경(105)을 평행 이동시키는 구성에 대하여 설명했지만, 각 고정 전극(106, 106', 107, 107')으로의 구동 전압을 각각 개별값으로 설정하면, 2차원적인 기울기를 부여할 수도 있다.
(실시예 6)
이하, 도 17을 참조하면서, 본 발명에 따른 보상 광학 장치의 실시예를 설명한다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 실리콘 등의 반도체 기판(201) 상에 가변형 미러(202), 홀로그램(203), 광검출기(204)가 집적되어 있다. 또한, 반도체 기판(201)에는, 광검출기(204)의 출력 신호의 증폭과 연산 처리나 가변형 미러(202)의 구동에 관계되는 회로가 집적되어 있다.
또한, 반도체 기판(201) 상에는 평판 유리(205)가 탑재되어, 평판 유리(205) 상면의 일부분에는 반사 방지막(205a)이 형성되고, 다른 부분에는 P 편광을 투과하여 S 편광을 반사하도록 마련된 편광 스플리터막(5b)이 형성되어 있다.
입사광(206)은 파면이 미보정의 상태에 있고, 반사 방지막(205a)을 통해 평판 유리(205)에 입사되고, 가변형 미러(202)에서 반사되어 파면이 보정된다. 이 반사광 중 P 편광은 편광 스플리터막(205b)을 통해 외부로 출사되는 출사광(207)으로 된다. 또한, 반사광 중 S 편광은 편광 스플리터막(205b)에 반사되어 재차 반도체 기판(201)을 향하여, 홀로그램(203)에 입사된다. 홀로그램(203)은 이 S 편광의 광빔을 복수의 검출 영역으로 분할하여, 각각의 검출 영역마다 다른 집광점에 편향시키는 것이다. 홀로그램(203)으로 편향된 각 검출 영역의 광빔은 두 번째 편광 스플리터막(205b)에서 반사되어, 반도체 기판(201) 상에서 포커싱된다.
이 각 초점에는 4분할된 광검출기(204)가 마련되고, 각 분할부의 출력 신호를 비교함으로써 초점 위치의 변화를 검출할 수 있도록 마련된다. 이 광검출기(204)의 출력 신호는 반도체 기판(201) 상에 마련된 도시하지 않는 파면 재구성부에 의해서, 입사광(206)의 파면이 연산 재구성되고, 이것에 근거해서 가변형 미러(202)를 제어한다. 참조 부호 208은 반도체 기판(201)을 패키징할 때에 리드와 와이어 본딩되는 포스트이다.
가변형 미러(202)의 구성을 도 18, 도 19를 이용하여 설명한다. 도 18은 본 실시예에 있어서의 가변형 미러(202)의 확대 분해 사시도이다. 도 18에 있어서, 베이스(210)는 반도체 기판(201)의 절연층(도시하지 않음) 상에 형성되고, 제 1 및 제 2 전극(211, 211')과 동일한 Al층으로부터 에칭 형성되어 있다. 지지 포스트(212)는 지지 포스트 부착부(210a)에서 베이스(210)에 장착되고, 한 쌍의 힌지(213)를 거쳐 요크(214)를 지지하고 있다. 지지 포스트(212), 힌지(213), 요크(214)도 동일한 Al층으로부터 에칭 형성되어 있고, 베이스(210)와 요크(214)는 등전위에 있다. 요크(214)는 1㎛ 두께의 평판 형상이고, 수 ㎛의 극간을 갖고 제 1 전극(211) 및 제 2 전극(211')과 대향하고 있으며, 한쪽 전극과 베이스(210) 사이에서 전위차를 부여한 경우에는, 요크(214)는 정전력에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 마련된다. 요크(214)의 유단(214a)에는 결합 돌기(215a)를 거쳐 반사경(215)이 장착되어 있다.
반사경(215)은 다결정 실리콘으로 구성되고, 상면은 평탄한 반사면으로 되어있다. 참조 부호 215b는 반사경(15)을 관통하는 구멍, 참조 부호 215c는 구멍(215b)에 의해 대략 정방 형상으로 구획된 반사경 주요부, 참조 부호 215d는 반사경 주요부(215c)를 네 모서리로 연결하는 연결부이다. 반사경 주요부(215c)와 연결부(215d)의 막 두께는 각각 1㎛과 0.2㎛로 하고, 반사경 주요부(215c)의 막 두께는 연결부(215d)의 막 두께보다 두껍게 마련하고 있다. 이에 따라 각 반사경 주요부(215c) 내의 강성을 높여, 막 잔류 응력에 의해 불필요한 변형이 발생하여 경면 정밀도가 열화하는 것을 방지하고, 또한 연결부(215d)의 유연성을 이용하여 구동 감도를 향상시키고 있다.
결합 돌기(215a)에 의한 결합부를 제외하고는, 요크(214)와 반사경(215) 사이는 수㎛의 간격이 마련되어 있다. 이 간격 및 요크(214)와 제 1 및 제 2 전극(211, 211') 사이의 간격은 미리 간격에 대응하는 부분에 유기 재료로 이루어지는 희생층을 형성한 후에, 이것을 최후에 플라즈마 에칭으로 제거함으로써 마련된다. 여기서, 반사경(215)은 이 희생층을 제거하기 전에 반사면을 CMP 처리에 의해 평탄화하고 있다. 제 1 전극(211)과 요크(214) 사이에 전위차를 부여하면, 요크(214)는 반시계 방향으로 회전하고, 반사경(215)은 상측, 즉 반도체 기판(201)으로부터 이간하는 방향으로 구동된다. 제 2 전극(211')과 요크(214) 사이에 전위차를 부여하면, 요크(214)는 시계 방향으로 회전하고, 반사경(215)은 하측, 즉 반도체 기판에 근접하는 방향으로 구동된다. 이러한 구성에 의해, 가변형 미러(202)는 각 요크(214)에 대응하는 제 1 전극(211) 및 제 2 전극(211')에 인가하는 구동 전압에 의해서 반사경(215)을 자유로운 형상으로 제어하고 있다.
다음에, 가변형 미러(202)의 구동 회로 구성을 도 19를 이용하여 설명한다. 도 19는 본 실시예에 있어서의 가변형 미러(202)의 개략 구성도이다.
가변형 미러의 구동 회로(220)는 반도체 기판(1) 상에 형성된 CMOS로 구성되어 있다. 도 19에 있어서, 구동 회로(220)는 후술하는 블록 구성만이 표시되어 있고, n, p채널 MOS FET 단면의 상세에 대해서는 생략되어 있다. 최상층의 Al 배선층(217)에 대해서는, 모식적으로 도시하고 있다. 이 Al 배선층(217) 상에는, SiO2계 절연층(18)이 마련되어 있고, 절연층(218)의 상면은 CMP에 의해 평탄화되어 있다. 절연층(218)에는 배선층(217)의 필요 부분과의 전기적인 콘택트를 얻기 위한 비아(219, 219', 219")가 형성되어 있다.
요크(214)는 지지 포스트(212) 및 비아(219)를 거쳐 배선층(217)에 접속하고, 항상 접지 전위(이하, 이 전위를 L이라 함)로 유지되어 있다. 제 1 및 제 2 전극(211, 211')은 각각 비아(219', 219")에 의해 배선층(217)에 접속하고, 전위 V1, V2로 제어된다. V1, V2는 구동 회로(220)에 의해 접지 전위 L과 고전위(여기서는 5V. 이하, 이 전위를 H라고 함)로 전환된다. V1과 V2는 어느 한쪽만이 H로 제어되고, H 상태에 있는 전극 측에 요크(214)가 정전력에 의해 흡인됨으로써, 요크(214)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전력을 발생시킨다. 회전력의 크기는 H 상태의 유지 시간을 k비트(2k 단계)로 제어하는 것에 의해 조절 가능하다. 회전력을 발생시키지 않는 경우에는, V1, V2와 함께 L 전위로 설정된다. 지지 포스트(212)에 지지된 요크(214), 제 1 및 제 2 전극(211, 211')의 1세트를 이후 액추 에이터이라고 부른다.
구동 회로(220)는 액추에이터의 각 전극의 어드레스 Ain과 구동력을 나타내는 제어 데이터 Din을 입력하여, 각 전극에의 출력 전압 V1∼V2n의 H/L의 시간을 제어하는 것이다. 구동 회로(220)는 메모리(221), 어드레스 카운터(222), 카운터(223), 비교기(224), 시프트 레지스터(225), 래치(226)로 구성되어 있다. 어드레스 Ain은 m비트, 제어 데이터 Din은 k비트, 액추에이터 수는 n, 전극 수는 2n으로 한다.
메모리(221)는 각 어드레스 Ain에 대응하는 제어 데이터 Din을 기억하는 메모리이다. 어드레스 카운터(222)는 메모리(221)에 m비트의 어드레스를 부여하여, 2n개의 제어 데이터를 직렬로 송출시킨다. 어드레스 카운터(222)는 초기화 신호 clr로 리셋되고, 클럭 신호 clk에 의해 카운트업된다. 카운터(223)는 초기화 신호 clr로 리셋되고, 2n개의 제어 데이터를 판독한 후 스트로브 신호 stb에 의해 카운트업하는 k비트의 증분 카운터이다.
비교기(224)는 카운터(223)의 출력과 메모리(221)의 k비트 데이터를 비교하고, 시프트 레지스터(225)에 1비트의 직렬 데이터를 송출한다. 메모리(221)의 데이터가 카운터(223)의 출력보다 크면 1(H), 그 외에는 O(L)을 출력한다. 시프트 레지스터(225)는 clk 신호에 따라 동작하는 2n비트의 시프트 레지스터이고, 래치(26)는 stb 신호에 따라 시프트 레지스터(225)의 값을 래치하는 2n비트의 래치이다.
이 구동 회로(220)의 동작을 설명한다. 메모리(221)에 기입되어 있는 k비트의 제어 데이터는 어드레스 카운터(222)에 의해 인가되는 m비트의 어드레스에 의해 2n개 연속으로 판독된다. 어드레스 카운터(222)가 일순하고, 메모리(221)의 제어 데이터가 모두 판독되면, stb 신호에 의해 시프트 레지스터(225)에 저장된 데이터를 래치(226)에 기억하고, 또한 카운터(223)의 출력을 카운트업하여, 재차 메모리(221)의 내용을 처음부터 판독한다. 이 주기를 T라고 하면, 이것이 액추에이터에의 통전 시간의 최소 단위로 된다. 이 주기 T를 카운터(223)의 단수(段數)로 결정하는 2k회 반복하여 통전 시간 제어를 행하는 것이다. 그 때, 메모리(221)로부터는 매 주기 같은 제어 데이터가 판독되지만, 1주기마다 카운터(223)의 값이 증가하고 있으므로, 비교기(224)의 출력은 메모리(221) 출력이 카운터(223)의 값 이하로 된 것으로부터 0이 된다. 따라서, 래치(226)의 출력은 입력된 제어 데이터 Din에 비례하고, 최소분해능 T에서 전체 액추에이터의 고정 전극에의 통전 시간을 병행하여 제어할 수 있는 것으로 되어 있다.
다음에, 홀로그램(203)의 구성을 도 20을 이용하여 설명한다. 도 20은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 홀로그램의 개략 구성도이다. 도 20(a)에는 홀로그램(3)의 평면도를 나타내고 있다. 홀로그램(3)은 영역(3a∼3s) 19개의 검출 영역으로 분할되고, 각각의 검출 영역에는 입사한 광빔을 어느 소정의 집광점에 편향시키기 위한 홀로그램 패턴이 형성되어 있다. 검출 영역이 다르면 그 집광점도 다르지만, 모든 집광점은 도시하지 않는 평판 유리 상의 편광 스플리터막에서 반사된 경우에 반도체 기판 표면 상에 위치하도록 설계되어 있다. 홀로그램 패턴은 입 사광인 평면파와 출사광인 구면파의 간섭 패턴으로서 컴퓨터로 계산시킨 영역 플레이트를 마스크 이미지로 하고, 포토리소그래피에 의해서 반도체 기판(1) 상에 전사 형성하고 있다. 또, 각 검출 영역으로부터의 고차광이 다른 검출 영역의 집광점과 실질적으로 겹치지 않도록 집광점은 설계 배치되어 있다.
도 20(b)에 홀로그램(203)의 확대 단면도를 나타낸다. 홀로그램 패턴층(228)은 Si02계의 절연층(218) 상에 형성되어 있다. 절연층(218)은 반도체 기판(201) 상에 형성된 제어 회로 등의 회로 형성층(227) 상에 마련된 것으로, 도 19에서 설명한 바와 같이, 상면이 CMP에 의해 평탄화되어 있다. 홀로그램 패턴층(228)은 검출 파장의 1/4 파장 정도의 두께로 성장시킨 다결정 실리콘막을, 계산기 홀로그램에서 발생시킨 간섭 패턴을 마스크 형상으로 하고, 포토리소그래피에 의해 선택 에칭한 것이다. 에칭은 염소 가스를 사용한 마그네트론 RIE로 실행하고, SiO2 절연층(218)에 대한 높은 선택비를 얻고 있다. 홀로그램 패턴층(228)을 형성한 후에는, 반사율을 높이기 위해 Al 등의 박막을 반사막(229)으로서 스퍼터 형성하고 있다.
다음에, 광검출기(204)의 구성을 도 21을 이용하여 설명한다. 도 21은 본 실시예에 있어서의 광검출기(204)의 개략 구성도이다. 광검출기(204)는, 도 21(a)에 도시하는 바와 같이, 홀로그램의 집광점에 대응하는 위치에 19개의 4분할 포토 다이오드(204a∼204s)를 배치하고 있다. 이 각 4분할 포토 다이오드(204a∼204s)의 출력으로부터 집광점의 위치 어긋남을 검출하여, 입사광의 국소적인 파면의 변 화를 검출한다. 4분할 포토 다이오드(204a)를 예로 들어, 도 21(b)을 이용하여 출력 신호를 생성하기 위한 구성을 설명한다. 도 21(b)는 4분할 포토 다이오드(204a)와 프리 앰프(231a)의 구성도이다. 도면에 있어, 4분할 포토 다이오드(204a)는 수평 방향으로 연장한 분할선과 수직 방향으로 연장한 분할선에 의해 영역(204aa∼204ad)으로 분할되어 있다. 프리 앰프(231a)는 전단의 네 개의 프리 앰프(231aa∼231ad)와, 후단의 두 개의 차동 앰프(231ae, 231af) 및 하나의 앰프(231ag)인 총 7개의 앰프 그룹으로 이루어진다.
영역(204aa)의 출력은 프리 앰프(231aa, 231ac)에, 영역(4ab)의 출력은 프리 앰프(231ac, 231ad)에, 영역(4ac)의 출력은 프리 앰프(231ab, 231ad)에, 영역(4ad)의 출력은 프리앰프(231aa, 231ab)에 각각 입력되어 증폭, 가산된다. 프리 앰프(231aa)의 출력은 차동 앰프(231ae)의 +측과 앰프(231ag)에, 프리 앰프(231ab)의 출력은 차동 앰프(231af)의 +측에, 프리 앰프(231ac)의 출력은 차동 앰프(231af)의 -측에, 프리 앰프(231ad)의 출력은 차동 앰프(231ae)의 -측과 앰프(231ag)에 각각 입력된다.
이에 따라, 차동 앰프(231ae)는 출력 Yay, 차동 앰프(231af)는 출력 Yax, 앰프(231ag)는 출력 Sa를 각각 출력한다.
여기서 출력 Yay는 집광점의 수직 방향으로의 변위에 관한 신호이며, 간단한 표현으로서 (204aa+204ad)-(204ab+204ac)로 기재한다. 또한, 출력 Yax는 집광점의 수평 방향으로의 변위에 관한 신호이며, 이것도 간단한 표현으로서 (204ac+204ad)- (204aa+204ab)로 기재한다. 또한, 출력 Sa는 4 영역의 광량의 총합을 나타내는 신 호이며, (204aa+204ab+204ac+204ad)로 기재한다. 도시하지 않지만, 모든 4분할 포토 다이오드(204a∼204s)에 대하여 프리 앰프(231a∼231s)를 마련하고, 각각의 입출력의 관계는 상술한 참조 부호 204a와 참조 부호 231a와의 관계와 마찬가지로 설정한다. 이에 따라, 프리 앰프(231)는 차 신호 Yax∼Ysx, Yay∼Ysy와 합 신호 Sa∼Ss를 출력한다. 차 신호 Yax∼Ysx, Yay∼YSy 및 합 신호 Sa∼Ss는 도시하지 않는 규격화부에 의해 규격화 출력 Yax/Sa∼Ysx/Ss, Yay/Sa∼Ysy/Ss로 변환된다. 이들 38개의 신호를 광검출기(4)의 출력 벡터 Y로 한다.
포토 다이오드의 확대 단면도를 도 21(c)로 나타낸다. 반도체 기판(201) 상에는 프리 앰프(231)를 포함하는 회로 형성층(232)이 형성되고, 이 위에 절연층(218)이 형성되어 있다. 이 위에는 전극으로 되는 Al 배선층(233)이 형성되고, 또한 n형으로 도핑된 실리콘층인 n영역(234), 고저항의 진성 반도체층으로 되는 i영역(235), p형으로 도핑된 실리콘층인 p영역(236)을 성장하여 pin 구조를 형성한다. 마지막으로, p영역(236)으로의 전극으로 되는 Al 배선층(237)을 스퍼터 형성하여, 포토 다이오드를 구성한다. 배선층(233) 및 배선층(237)에는 각각 회로 형성층(232)과의 전기적인 콘택트를 얻기 위한 비아(239, 239')를 형성하고 있다. 이렇게 해서 회로 형성층(232)으로부터 배선층(233)과 배선층(237) 사이에서 역바이어스 전압을 인가하면 개구부(238)로부터의 입사광량에 따른 출력 신호를 얻을 수 있다.
다음에, 도 22를 이용하여 반도체 기판(201) 상에 구성된 제어부를 설명한다. 도 22는 본 실시예에 있어서의 제어부의 개략 구성도이다. 본 실시예에 있어 서의 제어부(240)는 목표 설정부(241), 정상 편차 제어부(242), 안정화 보상부(243), f/u 변환부(246)를 구비하고 있고, 광검출기(204)의 출력 벡터 y의 입력을 받아, 액추에이터의 통전 시간 듀티 벡터 u를 출력한다.
목표 설정부(241)는 광검출기(204)의 출력 벡터 y의 목표로 되는 목표 벡터yr을 설정한다. 입사광의 파면을 외란에 상관없이 일정하게 제어할 목적으로는 목표 벡터 yr은 소정의 고정 벡터로 설정한다. 이 고정 벡터는 이상적인 상태를 상정하여 영 벡터를 설정하여도 좋지만, 미리 교정하여 얻어진 벡터값을 메모리로 받아들여, 이 값을 판독하여 이용하더라도 좋다. 또는 복수의 벡터값을 미리 메모리에 저장하고, 환경 온도 변화 또는 입사광의 대응 파장의 전환과 같은 사용 조건의 변화에 따라, 목표 벡터값을 구별해서 사용하는 것도 가능하다. 그리고, 주사 등을 위해 입사광의 파면을 적극적으로 변화시킬 목적에서는, 목표 벡터 yr을 시간 변화시키면 좋다.
정상 편차 제어부(242)는 오차 신호 yr-y로 정상 편차 없이 추종하기 때문에 필요한 형수 p를 실현하기 위해서, p개의 적분기를 직렬로 결합하고, 각 적분기의 출력에 이득 행렬 K1∼Kp를 승산하여 가산한 적분 보상기이다. 형수 p 및 이득 행렬 K1∼Kp의 값은 응답해야 할 벡터 y의 함수의 차수와 후술하는 행렬 함수 A, B, C의 관계로부터 설계적으로 구해지고, 미리 정해진 함수로서 설정되어 있다.
안정화 보상부(243)는 폐루프 시스템을 점근적으로 안정하게 하기 위한 미분 보상기이고, 여기서는 옵서버(244)와 레귤레이터(245)로 구성하고 있다. 옵서버(244)는 광검출기(204)의 출력 벡터 y와, 액추에이터의 구동력 벡터 f를 입 력하고, 상태 벡터 x의 추정값 벡터 x'를 출력하는 최소 차원 옵서버이다. 레귤레이터(245)는 피드백 이득 행렬 F에 의해, 상태의 추정값 벡터 x'를 입력하여 선형 연산한 결과를 출력한다. 행렬 F에는, 폐루프 시스템의 극이 복소 좌평면의 적절한 위치에 배치되어 점진적으로 안정하게 되도록, 미리 설계적으로 구해진 값이 설정되어 있다. 레귤레이터(245)의 출력이 정상 편차 보상부(242)의 출력과 가산된 것이 액추에이터의 구동력 벡터 f이다.
f/u 변환부(246)는 액추에이터의 구동력 벡터 f를 통전 시간 듀티 벡터 u로 변환하는 비선형 변환부이다. 통전 시간 듀티란 액추에이터에의 통전 시간을 제어 주기 시간으로 나눈 것으로, 이것이 실제의 제어에 있어서의 조작량으로 된다. f/u 변환부(246)에는 구동 벡터 f와 상태 추정값 벡터 x'가 입력되고, 모든 액추에이터에 대해, 수학식 1에 따라 구동력 F와 변위 Z의 추정값으로부터 통전 시간 듀티 U가 역산된다. 여기서, α, β는 정수, V는 구동 전압이다. 보다 자세하게는, f/u 변환부(246)는 각 액추에이터에 대하여 두 개인 전극 중 어느 것을 선택하는가의 선택 회로와, 미리 메모리에 비선형 함수로서 정해진 값이 저장된 변환 테이블을 가진다. 그리고, 우선 구동력 F의 정부 부호에 따라 구동해야 할 전극이 선택되고, 다음에 변환 테이블에 Z와 F를 어드레스로서 입력하면 통전 시간 듀티를 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 이것을 모든 액추에이터에 대하여 실행하여, 통전 시간 듀티 벡터 u를 얻는다.
Figure 112003028092457-pct00042
이와 같이 구성된 제어부(240)는 가변형 미러(202)와 광검출기(204)와의 제어 대상과의 사이에서 폐루프 시스템을 구성한다. 제어부(240)의 출력인 통전 시간 듀티 벡터 u는 가변형 미러(202)에 입력되어, 액추에이터가 구동력 f를 발생시켜 반사경(215)의 상태 x가 변화하고, 이에 따라 반사된 광빔의 파면 위상이 변화한다. 이 반사경(215)에 의한 파면 변화와 외란 d에 의한 파면 변화의 합이 관측되고, 광검출기(204)의 출력 벡터 y로서 제어부(240)의 입력으로 된다. 여기서, 도면 중에 기재된 A, B, C는 가변형 미러(202)와 광검출기(204)의 구성에 의해서 결정되는 고정 행렬이다. 이와 같이 하여 광검출기(204)의 출력 벡터 y는 목표 벡터 yr에 추종하도록 제어된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 파면 검출기인 광검출기(204)와, 파면 보정기인 가변형 미러(202)를 반도체 기판(201) 상에 일체적으로 형성하고 있기 때문에, 반도체 프로세스 기술의 이점을 활용하여 상호 높은 위치 정밀도를 실현할 수 있다. 또한, 이들 파면 검출기 및 파면 보정기는 공통 기판 상에 공통 제조 조건을 거쳐 형성되어 있기 때문에, 열팽창 계수 등의 기판 특성 격차나 다른 제조 로트 부품의 조합 등에 기인하는 치수 오차를 감소시킬 수 있다.
또한, 파면 검출기의 출력을 파면 보정기에 전달하는 배선을 반도체 기판(201) 상에서 평면 배선 패턴으로서 형성하고 있기 때문에, 3차원 공간 내에서 접속하기 위한 복잡한 배선이 불필요하고, 조립 공수(工數)의 삭감이나 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 파면 검출기의 출력에 근거해서 파면 보정기를 제어하는 제어부를, 파면 검출기와 파면 보정기와 함께 동일 기판 상에 형성했기 때문에, 보다 한층 장치의 소형화와 배선의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 편향기인 홀로그램(203)과 광검출기(204)를 반도체 기판(1) 상에 일체적으로 형성하고 있기 때문에, 반도체 프로세스 기술의 이점을 살려 상호의 높은 위치 정밀도를 실현할 수 있다.
(실시예 7)
도 23은 본 실시예에 있어서의 보상 광학 장치의 개략 구성도이다. 본 실시예에서는 보상 광학 장치를 광디스크 장치에 적용한 구성예를 기재하고 있다.
본 실시예에 있어서의 반도체 기판(201), 가변형 미러(202), 포스트(208)는 실시예 6의 대응하는 구성 요소와 동일한 구조를 갖고 있다. 홀로그램(250), 광검출기(251)의 기본적인 구성은 실시예 6과 거의 동일하지만, 각 검출 영역의 집광점에 배치를 다르게 하여 광디스크(255)의 트랙 홈에 의한 간섭 파면에 대응시키고 있다.
반도체 기판(201) 상에 마련된 마이크로프리즘(252)은 상면에 편광 스플리터막(252a)이 마련되고, 일부에 경사면(252b)이 마련되어 있다. 경사면(252b)은 타원 빔을 원형 빔으로 정형하는 정형 프리즘의 역할을 한다.
반도체 레이저(253)는 도시하지 않은 유지 기구에 의해서 반도체 기판(201) 과 일체적으로 고정되어 있다. 또한, 반도체 레이저(253)가 출력하는 광빔은 도시하지 않은 콜리메이트 렌즈에 의해서 평행광으로 변환된다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 보상 광학 장치의 동작을 설명한다.
반도체 레이저(253)로부터 출력된 광빔은 콜리메이트 렌즈에 의해 타원 평행 빔으로 변환되어, 왕로 입사광(256)으로서 편광 스플리터막(252a)을 통해 P 편광 성분만이 마이크로프리즘(252)에 입사되고, 가변형 미러(202)에서 반사되어 파면이 보정된 후, 경사면(252b)에 의해 원(圓) 빔으로서 출사된다. 이 출사광은 1/4 파장판(254)에 의해서 원 편광으로 변환되어, 왕로 반사광(257)으로서 광디스크(255)로 향하여, 대물 렌즈에 의해서 기록 스폿(255a)에 집광된다. 기록 스폿(255a)으로부터의 반사광은 두 번째 대물 렌즈를 경유하여 복로 입사광(258)으로 되고, 1/4 파장판(254)에 의해서 S 편광으로 변환된다.
이 복로 입사광(258)은 경사면(252b)으로부터 마이크로프리즘(252)으로 입사하고, 가변형 미러(202)에서 반사되어 파면이 보정된다. 이 반사광은 편광 스플리터막(252a)에 반사되어 홀로그램(250)으로 입사된다. 홀로그램(203)은 이 광빔을 복수의 검출 영역으로 분할하여 다른 집광점에 편향되고, 각 광빔은 두 번째 편광 스플리터막(252a)에서 반사되어, 광검출기(251)로 수광된다. 광검출기(204)의 출력 신호는 반도체 기판(201) 상에 마련된 도시하지 않은 제어부에 입력되고, 이것에 근거해서 가변형 미러(202)를 제어한다.
또, 왕로 반사광(257) 또는 복로 입사광(258)의 광빔의 입사/출사 방향은 경사면(252b)의 법선 방향과 일치시키고 있기 때문에, 마이크로프리즘(252)의 x, y 방향의 위치 정밀도에 관계없이 홀로그램(250)의 집광점의 위치 정밀도가 유지되도록 되어 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 광원으로부터의 광빔을 가변형 미러(202)로 반사하여 보상 광학 장치 밖으로 출사하고, 재차 보상 광학 장치 내로 입사된 광빔을 재차 가변형 미러(202)로 반사하여 광검출기(251)로 안내하는 구성을, 편광 스플리터막(252a)을 마련한 마이크로프리즘(252)을 반도체 기판(201)의 위쪽에 마련한 간단한 장치로 실현할 수 있다.
본 실시예에서는, 마이크로프리즘(252f)에 경사면(252b)을 마련하여, 이 경사면(252b)을 광빔의 입사면 또는 출사면으로 함으로써, 마이크로프리즘(252)에 광빔 정형 프리즘의 효과를 부여하고, 또한 경사면(252b) 형성 시에 편광 스플리터막(252a)의 삭제를 일괄해서 행하는 것이 가능하고, 편광 스플리터막(252a) 형성 시에 마스킹할 필요가 없어 공수를 간략화할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 경사면(252b)의 법선 방향을 왕로 반사광(257) 또는 복로 입사광(258)의 광빔의 입사/출사 방향과 일치시키고 있기 때문에, 마이크로프리즘(252)의 필요 위치 정밀도를 대폭 완화할 수 있다.
(실시예 8)
도 24는 본 실시예에 있어서의 보상 광학 장치의 개략 구성도이다. 본 실시예와 실시예 6과의 상이점은 전체 구성 요소를 동일한 반도체 기판 상에 집적하는 것이 아니라 MCM(Multi Chip Module)과 같이 몇 개인가의 칩으로 나눠 구성한 점 과, 평판 유리(267)를 패키지 케이스의 일부로서 구성한 점이다. 그 외의 구성 및 기능은 실시예 6과 동일하다.
세라믹 기판(260)은 알루미나 등의 절연성 기판에 금속막으로 배선 패턴을 형성한 것이다. 참조 부호 「261」은 Si 기판 상에 가변형 미러와 이것을 제어하는 제어 회로를 일체로 형성한 가변형 미러 유닛을 나타내고 있다. 참조 부호 「262」는 유리재에 회절 패턴을 형성하여 검출 영역마다 다른 집광점으로 편향시키는 홀로그램을 나타내고, 참조 부호 「263」은 GaAs 기판 상에 4분할 포토 다이오드와 그 출력을 증폭하여 차동 연산 등의 신호 처리를 행하는 아날로그 신호 처리 회로를 일체화한 광검출기 유닛(263)을 나타내고 있다.
이들 가변형 미러 유닛(261), 홀로그램(262) 및 광검출기 유닛(263)은 세라믹 기판(260) 상에 실장되고, 가변형 미러 유닛(261)과 광검출기 유닛(263)과의 배선 접속은 세라믹 기판(260)에 형성한 배선 패턴에 의해 행해지고 있다. 세라믹 기판(260)은 패키지 베이스(264)에 접착되어, 리드(265)와 접속되어 있다. 이러한 배선 접속은 Au선(266)에서의 본딩에 의하고 있다.
패키지 베이스(264)의 상면에 접착된 평판 유리(267)는 반사 방지막(267a)과 편광 스플리터막(267b)의 처리가 실시되어, 입사광(268) 및 출사광(269)의 광로를 형성하고, 또한 패키지 베이스(264)와 함께 패키지 케이스의 일부를 구성하고 있다. 광검출기 유닛(263)에 의해 입사광(268)의 파면을 검출하고, 가변형 미러 유닛(261)에 의해 이 파면을 보정하는 동작은, 실시예 6에서 설명한 내용과 동일하고, 이에 따라 파면의 보상된 출사광(269)을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 다른 종류의 반도체 기판을 이용하는 반도체 프로세스 형성 상의 정합성을 얻기 어려운 경우에도 비교적 간단하게 소형의 보상 광학 장치를 제공할 수 있다. 즉, 가변형 미러 유닛(261)과 광검출기 유닛(263)은 동일한 세라믹 기판(260) 상에 설치되어 있기 때문에, 양자의 상대 위치의 조정에는 동일 평면 내에서의 2차원적인 위치 조정만을 행하면 되고, 종래예에서는 3차원 공간 내에서의 6 자유도 조정이 필요했던 것에 비해 3 자유도 조정으로 충분하기 때문에, 조정 공수를 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 광검출기 유닛(263)의 출력을 가변형 미러 유닛(261)으로 전달하는 배선을 세라믹 기판(260) 상에서 평면 배선 패턴으로서 형성하고 있기 때문에, 3차원 공간 내에서 접속하기 위한 복잡한 배선이 불필요하여, 조립 공수의 삭감이나 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 평판 유리(267)에 광빔의 파면 검출 및 보정을 위한 광로 형성의 기능과 패키지 케이스로서의 기능을 겸비하고 있기 때문에, 부품수의 삭감과 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또, 본 실시예 6 내지 8에서는, 파면 검출기로서 4분할 디텍터에 의해 집광점의 위치 변화를 검출하는 구성을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 입사광을 참조광과 간섭시켜 간섭 패턴으로부터 파면을 검출하는 구성 등의 다른 구성에 적용할 수도 있다.
마찬가지로, 파면 보정기에 대해서도, 반사면을 변형시키는 변형 미러를 이용한 구성을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 액정의 굴절률 변화 등을 이용하여 파면을 보정하는 구성 등의 다른 구성에 적용할 수도 있다.
(실시예 9)
도 25(a)는 본 발명에 따른 실시예 9에 있어서의 정보 장치의 개략 구성도이며, 도 25(b)는 해당 정보 장치에 이용하는 보상 광학 장치의 사시도이다.
본 실시예에 있어서의 정보 장치는, 광원으로서, HD-DVD용 레이저(청색 레이저)(270) 및 DVD-RAM용 레이저(적색 레이저)(271)의 두 가지 레이저를 구비하고 있다. 각 레이저로부터 나온 광은 다이클로익 프리즘(273)을 거쳐, 보상 광학 장치(274)로 입사한다. 또, HD-DVD용 레이저(청색 레이저)(270)로부터 나온 광은 렌즈(272)를 거쳐서 다이클로익 프리즘(273)에 입사된다.
본 실시예의 보상 광학 장치(274)는, 도 25(b)에 도시하는 바와 같이, 가변형 미러(274a)와 광검출기(274b)가 공통의 기판(예컨대, 실리콘 기판 등의 반도체 기판) 상에 일체적으로 집적된 장치이다.
이 보상 광학 장치(274)의 가변형 미러(274a)에 의해서 반사된 광은 편광 홀로그램(275), 1/4 파장판(276) 및 대물 렌즈(277)를 순차적으로 투과한 후, 정보 기록 매체인 디스크(HD-DVD 디스크 또는 DVD-RAM 디스크)(278)를 조사한다.
디스크(278)에 의해서 반사된 광은, 대물 렌즈(277) 및 1/4 파장판(276)을 투과한 후, 편광 홀로그램(275)에 의해 편향되어, 보상 광학 장치(274) 상의 광검출기(274b)로 입사된다.
편광 홀로그램(275)의 움직임은, 기본적으로는, 도 10을 참조하여 설명한 편광 홀로그램(63)의 움직임과 마찬가지이고, 1/4 파장판(276)을 왕복으로 2회 투과함으로써 편광면이 90° 회전한 광을 보상 광학 장치(274) 상의 소망하는 위치로 편향시키는 것이다. 또, 가변형 미러(274a)의 구성이나 동작은 다른 실시예에 있어서의 가변형 미러와 마찬가지이다.
본 실시예에서는, 가변형 미러(274a)와 광검출기(274b)가 원 칩화되어 있다. 이 점에서, 본 실시예의 정보 장치는 실시예 2에 있어서의 정보 장치와 다르다. 본 실시예와 같이 광검출기(274b)가 가변형 미러(274a)와 일체화한 보상 광학 장치(274)를 정보 장치에 적용하는 경우, 단일 광원으로 동작하는 정보 장치와 복수 광원으로 동작하는 정보 장치와의 사이에서 광학계의 대부분이 공통화될 수 있다. 그 결과, 단일 광원으로 동작하는 정보 장치를 개량하여 두 개의 다른 광원으로 동작하는 정보 장치를 설계하는 경우에도, 다른 파장 대역의 광원을 하나 추가하는 것만으로 충분하다. 따라서, 다른 종류의 포맷의 디스크에 대한 호환성의 향상이 용이하게 되어, 각종 디스크를 재생할 수 있는 호각성에 우수한 정보 장치를 저렴하게 제공할 수 있게 된다.
또, 도시하고 있는 예에서는, 편광 홀로그램(275)을 보상 광학 장치(274)와는 일체화하지 않지만, 편광 홀로그램(275) 및/또는 1/4 파장판(276)을 보상 광학 장치(274)와 일체화하여도 좋다.
본 발명에 따르면, 다양한 종류의 수차에 대응할 수 있고, 고정밀도로 보정 범위가 넓고, 응답성에 우수한 파면 수차의 보정이 가능한 가변형 미러 및 해당 미러를 구비한 정보 장치가 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 소형화, 저비용화가 용이하고 상대 위치 정밀도가 높은 보상 광학 장치 및 파면 검출 장치가 제공된다.

Claims (42)

  1. 기판과, 상기 기판에 지지되어, 별개로 구동될 수 있는 복수의 광 반사 영역을 갖는 리플렉터를 구비한 가변형 미러로서,
    상기 복수의 광 반사 영역 각각을 독립적으로 구동하고, 그에 따라 각 광 반사 영역과 상기 기판과의 배치 관계를 제어하는 복수의 구동부
    를 구비하되,
    상기 복수의 구동부 각각은,
    상기 기판에 지지된 복수의 전극과,
    상기 복수의 전극 중 선택된 한쪽으로 당겨지는 것에 의해, 회전축을 중심으로 회전하는 회전 부재와,
    상기 회전축으로부터 떨어진 위치에서 상기 회전 부재와 상기 리플렉터를 결합하는 결합 부재를 구비하는
    가변형 미러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 부재는, 상기 회전 부재의 운동에 따라, 상기 광반사 영역과 상기 기판과의 평균 거리를 변화시키는 가변형 미러.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 부재는, 상기 회전축 상에 배치된 지지부와, 상기 지지부와 결합한 평판부를 갖고 있고,
    상기 회전 부재의 상기 평판부는, 상기 회전축에 대하여 대칭인 제 1 도전성 부분 및 제 2 도전성 부분을 포함하고,
    상기 복수 전극은, 상기 평판부의 제 1 도전성 부분에 간격을 두고 대향하는 제 1 전극과, 상기 평판부의 제 2 도전성 부분에 간격을 두고 대향하는 제 2 전극을 포함하는
    가변형 미러.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리플렉터의 각 광 반사 영역은, 상기 결합 부재를 거쳐, 대응하는 상기 구동부에서의 상기 평판부의 제 1 도전성 부재와 제 2 도전성 부재 중 한쪽에 결합하는
    가변형 미러.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 구동부 중 선택된 구동부에서, 상기 평판부의 상기 제 1 도전성 부분과 상기 제 1 전극과의 간격, 및 상기 평판부의 상기 제 2 도전성 부분과 상기 제 2 전극과의 간격 중 어느 한 쪽을 상대적으로 짧게 하는 동작을 행함으로써, 상기 구동부에 결합되어 있는 상기 광 반사 영역의 표면에서의 곡률을 변화시킬 수 있는
    가변형 미러.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 동작은 상기 선택된 구동부에서의 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 어느 한쪽에 대하여 상대적으로 높은 전위를 인가하는 것에 의해 실행되는
    가변형 미러.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리플렉터는, 그 둘레가 상기 기판에 고정된 변형 가능한 막으로 구성되어 있고,
    상기 막에는 미리 장력이 부여되어 있는
    가변형 미러.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 막은, 상기 기판의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 갖는 재료로 형성되고,
    상기 막은, 사용 온도에 비해 고온 하에서 형성된 것인
    가변형 미러.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결합 부재는, 상기 막으로부터 돌출하고, 상기 막의 재료와 동일한 재료로 형성된 부분인 가변형 미러.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각 구동부에서의 상기 결합 부재와 회전축과의 거리는, 상기 기판 상에서의 상기 구동부의 위치의 함수로서 설정되어 있는 가변형 미러.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 리플렉터는, 그 둘레보다 내측에 위치하는 고정점에서 상기 기판에 고정되어 있는 가변형 미러.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 구동부 중, 상기 고정점에 대하여 상대적으로 가까운 위치에 배치된 구동부는, 상기 고정점으로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 구동부에 비해, 대응하는 결합 부재와 회전축과의 거리가 작게 설정되어 있는 가변형 미러.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 리플렉터는, 서로 분리된 복수의 미소경(微小鏡)으로 구성되어 있고,
    상기 복수의 미소경은, 각각, 상기 복수의 구동부 중 다른 구동부에 결합되어, 독립적으로 변위 가능한
    가변형 미러.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동부에 구동 신호가 인가되고 있지 않을 때, 상기 미소경의 반사면은, 실질적으로 곡률이 영이 되는 가상적인 동일 평면 상에 배열되고,
    상기 구동부에 구동 신호가 인가되고 있을 때, 상기 반사면은, 상기 평면에 대해 전방 또는 후방으로 변위하는
    가변형 미러.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 미소경은, 상기 회전축에 평행한 방향을 길이 방향으로 하는 형상을 갖고,
    상기 구동부는, 상기 회전축과 직교하는 방향을 길이 방향으로 하는 형상을 갖는
    가변형 미러.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 구동부 중 선택된 구동부를 지정하는 어드레스 신호와, 상기 어드레스 신호에 의해 지정된 상기 구동부에 인가되는 구동 신호를 수취하고, 상기 어드레스 신호 및 상기 구동 신호에 근거해서, 상기 선택된 구동부에서의 상기 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 더 구비하는 가변형 미러.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전압 인가 회로는,
    제 1 클럭 신호에 의해 n(n은 2 이상의 정수)개의 출력값을 순환하여 갱신하는 어드레스 카운터와,
    제 1 클럭을 n분주(分周)하여 발생시킨 제 2 클럭 신호에 의해 출력값을 갱신하는 카운터와,
    상기 어드레스 카운터의 출력에 따라 저장한 구동 신호를 출력하는 메모리와,
    상기 메모리의 출력과 상기 카운터의 출력을 비교하는 비교기와,
    상기 비교기의 출력을 상기 제 1 클럭 신호에 따라 시프트하는 시프트 레지스터와,
    상기 시프트 레지스터의 출력을 상기 제 2 클럭 신호에 따라 래치하는 래치부를 구비하는
    가변형 미러.
  18. 광원으로부터 출사된 왕로광(往路光)을 매체에 조사하고, 상기 매체에 의해 변조된 복로광(復路光)에 근거해서 상기 매체가 보유하는 정보를 검출하는 정보 장치로서,
    상기 복로광의 광축을 횡단하는 단면에 포함되는 복수 검출 영역 각각에 대해, 상기 복로광의 파면을 검출하는 파면 검출기와,
    상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 중에 마련되어, 상기 광로를 횡단하는 면 상에 배열된 복수의 구동부의 동작에 의해 상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 길이를 국소적으로 변화시키는 파면 보정기와,
    상기 파면 검출기의 복수 출력에 근거해서 상기 파면 보정기에 복수의 구동 신호를 공급하여, 상기 복로광의 전체 파면을 재구성시키는 제어부
    를 구비하는 정보 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는, 비대각(非對角)인 변환 요소를 구비한 다입력 다출력 변환부를 갖는 정보 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 파면 검출기는,
    상기 검출 영역 각각에 대하여, 독립적으로 상기 복로광을 편향하는 편향기와,
    상기 검출 영역 각각에 대하여, 상기 편향기에 의해 편향된 상기 복로광을 받는 복수의 수광부를 구비한 분할 포토디텍터를 갖는 광검출기를 구비하고,
    상기 분할 포토디텍터의 복수의 분할부 각각의 출력을 비교하여, 상기 복로광의 각 검출 영역에 있어서의 파면을 검출하는
    정보 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복로광의 강도가 상대적으로 낮은 부분에 배치된 검출 영역의 면적은, 상기 복로광의 강도가 상대적으로 높은 부분에 배치된 검출 영역의 면적보다 크게 설정되어 있는 정보 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복로광은, 광로 중심으로부터의 거리에 따라 감소하는 강도 분포를 갖고,
    상기 광로 중심을 횡단하는 검출 영역의 면적은 다른 검출 영역의 면적보다 작고,
    상기 광로 중심에서 멀어짐에 따라 검출 영역의 면적이 크게 설정되고,
    상기 광로 중심으로부터의 거리가 동일한 검출 영역의 형상은, 서로 동일하며, 상기 광로 중심에 대해 회전 대칭성을 갖고 있는
    정보 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 매체는, 소정 방향으로 연장하는 회절 홈을 갖고,
    상기 복수의 검출 영역은, 상기 회절 홈에 의한 간섭 조건에 따라 분할되어 있고, 동일한 상기 검출 영역 내에서는, 상기 간섭 조건이 동일하도록 설정되어 있는
    정보 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 검출 영역은, 상기 회절 홈에 의한 간섭 조건이 동일하게 되는 영역이 복수로 분할된 것인 정보 장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 편향기는, 상기 검출 영역마다 다른 회절 격자 패턴을 갖는 홀로그램을 포함하고,
    상기 홀로그램은, 각 검출 영역마다 다른 적어도 두 개의 편향 방향으로 복로광을 편향하고,
    상기 두 개의 편향 방향에 포함되는 제 1 편향 방향으로 편향된 복로광은 제 1 분할 방향으로 분할선을 마련한 제 1 분할 디텍터에 의해 수광되며,
    상기 두 개의 편향 방향에 포함되는 제 2 편향 방향으로 편향된 복로광은, 제 1 분할 방향과 적어도 다른 제 2 분할 방향으로 분할선을 마련한 제 2 분할 디텍터에 의해 수광되고,
    상기 각 분할선에서 분할된 디텍터끼리의 출력을 비교하여, 상기 분할선의 법선 방향인 다른 두 방향의 파면 성분이 검출되는
    정보 장치.
  26. 제 18 항에 있어서,
    복로광에 근거해서 매체가 보유하는 정보를 검출하는 매체 정보 검출부와,
    상기 매체 정보 검출부의 출력에 근거해서 상기 파면 검출기의 출력을 유효로 하는 타이밍을 생성하는 타이밍부
    를 구비하고,
    상기 파면 검출기는, 상기 타이밍부로부터 출력된 상기 타이밍에 근거해서, 상기 복로광의 국소 파면을 검출하는
    정보 장치.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 파면 보정기는,
    상기 왕로광 및/또는 복로광을 반사하는 반사경과,
    상기 반사경을 정전력에 의해 양방향으로 변위시키는 복수의 구동부를 구비하고 있는 정보 장치.
  28. 광원으로부터 출사된 왕로광을 매체에 조사하여, 상기 매체에 의해 변조된 복로광에 근거해서 상기 매체가 보유하는 정보를 검출하는 정보 장치로서,
    상기 복로광의 광축을 횡단하는 단면에 포함되는 복수의 검출 영역 각각에 대하여, 상기 복로광의 파면을 검출하는 파면 검출기와,
    상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 중에 마련되어, 상기 광로를 횡단하는 면 상에 배열된 복수의 구동부의 동작에 의해서 상기 왕로광 및/또는 복로광의 광로 길이를 국소적으로 변화시키는 파면 보정기와,
    상기 파면 검출기의 복수 출력에 근거해서 상기 파면 보정기에 복수의 구동 신호를 공급하여, 상기 복로광의 전체 파면을 재구성시키는 제어부
    를 구비하되,
    상기 파면 보정기는, 청구항 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 중 어느 한 항에 기재된 가변형 미러를 구비하고 있는 정보 장치.
  29. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    파면 검출기의 출력을 적분하는 적분부와 상기 적분부의 출력을 선형 변환하는 비대각(非對角)인 제 1 행렬 연산부를 구비한 정상 편차 보상부와,
    상기 정상 편차 보상부의 출력과 상기 파면 검출기의 출력으로부터 파면 보정기의 상태를 연산 예측하는 비대각인 제 2 행렬 연산부를 구비한 안정화 보상부와,
    상기 정상 편차 보상부의 출력과 상기 안정화 보상부의 출력과의 합을 입력하여 구동부로의 구동 신호를 생성하는 대각 변환부를 구비하고 있는
    정보 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 대각 변환부는 비선형 연산을 행하는 것을 특징으로 하는 정보 장치.
  31. 제 18 항에 있어서,
    출사광의 파장이 서로 다른 복수의 광원과, 상기 각 광원으로부터 출사된 각 파장의 왕로광을 상기 매체에 조사하는 광학계를 구비하고 있고,
    상기 파면 보정기는, 상기 광학계 내에 배치되고,
    상기 파면 검출기는, 상기 매체에 의해 변조된 복로광을 각 파장마다 분리하여, 각 파장마다 상기 복로광의 파면을 검출하는
    정보 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 복수의 광원으로부터 출사된 왕로광을 집광하여 매체에 조사하는 대물 렌즈를 구비하고,
    상기 대물 렌즈의 상기 매체쪽 개구수는, 선택된 광원에 따라, 제 1 값 및 상기 제 1 값보다 작은 제 2 값 중 어느 하나를 취할 수 있는
    정보 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 복수의 광원 중 적어도 하나의 광원은, 발산 방향의 유한계 광으로서 기능하는 왕로광을 형성하고,
    상기 왕로광이 입사하는 상기 대물 렌즈의 상기 매체쪽 개구수는 제 2 값으로 설정되는
    정보 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 왕로광의 결상점은, 상기 대물 렌즈의 바로 앞에 형성되는 정보 장치.
  35. 제 32 항에 있어서,
    대물 렌즈의 매체쪽 개구수에 제 1 값을 취하게 한 경우에 보유하는 정보를 검출하도록 구성된 제 1 매체와, 상기 대물 렌즈의 매체쪽 개구수에 제 2 값을 취하게 한 경우에 보유하는 정보를 검출하도록 구성된 제 2 매체를 수납할 수 있게 마련하여, 상기 검출이 행해졌는지 여부를 판별하여 상기 제 1 매체와 상기 제 2 매체를 식별하는 매체 식별부를 구비하며,
    최초에 상기 대물 렌즈의 매체쪽 개구수에 상기 제 2 값을 취하게 한 상태에서 상기 매체 식별부에 의해 매체가 상기 제 2 매체인지 여부를 식별시킨 후에, 상기 대물 렌즈의 매체쪽의 개구수에 상기 제 1 값을 취하게 한 상태에서 상기 매체 식별부에 의해 매체가 상기 제 1 매체인지 여부를 식별시키는 것을 특징으로 하는
    정보 장치.
  36. 제 18 항에 있어서,
    상기 왕로광을 상기 매체에 집광하는 대물 렌즈와,
    상기 파면 검출기의 복수 출력에 근거해서 상기 복로광의 전체 파면의 곡률을 나타내는 값을 산출하는 곡률 산출부와,
    상기 곡률 산출부의 출력에 근거해서 상기 대물 렌즈를 제어하는 대물 렌즈 제어부를 구비하는
    정보 장치.
  37. 제 18 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사된 광빔을 복수의 검출 영역으로 분할하여 편향시키는 편향기를 구비하고,
    상기 편향기, 파면 검출기 및 파면 보정기는 동일 기판 상에 형성되어 있고,
    상기 광빔은 상기 파면 보정기에 입사하는 광로를 형성하는 평행 평판 형상의 유전체 부재를 더 구비하는
    정보 장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 유전체 부재는, 상기 기판의 주면(主面)에 대하여 평행하지 않은 경사면을 구비한 마이크로프리즘으로 형성되어 있고,
    상기 경사면은 상기 광빔의 입사면 또는 출사면으로서 기능하는
    정보 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 광빔의 입사 방향 또는 출사 방향은, 상기 마이크로프리즘의 경사면에 대한 법선 방향과 일치하는 정보 장치.
  40. 청구항 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 중 어느 한 항에 기재된 가변형 미러와,
    상기 가변형 미러에 의해 반사된 광이 매체에 의해 변조된 광을 수광하는 광검출기
    를 구비하고,
    상기 가변형 미러 및 상기 광검출기는 동일 기판 상에 집적되어 있는
    보상 광학 장치.
  41. 청구항 40에 기재된 보상 광학 장치를 구비한 정보 장치.
  42. 삭제
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