JPH1055557A

JPH1055557A - 変形可能ミラー

Info

Publication number: JPH1055557A
Application number: JP8211777A
Authority: JP
Inventors: Yorishige Ishii; ▲頼▼成石井; Koji Matoba; 宏次的場; Susumu Hirata; 進平田; Shingo Abe; 新吾阿部; Tetsuya Inui; 哲也乾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JP3420894B2; US5880896A

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度にミラー面を変形させ、かつ保持する
ことが可能であると共に、変形性を向上でき、結果的に
弾性変形に要するエネルギを低減できる変形可能ミラー
を提供する。【解決手段】表面に入射光を反射する反射面を有する
可撓性部材２と、可撓性部材の裏面に対向して配置さ
れ、外周縁部に可撓性部材２の外周縁部に密着してこれ
を支持する平坦部３４を有し、かつ平坦部３４の内側に
可撓性部材２の弾性変形を許容する空間を形成する凹凸
面３を有する参照面基板とを備えた変形可能ミラー１に
おいて、凹凸面３の断面形状の中心部分３５の高さを平
坦部３４の高さ以下に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射面の変形が可
能な変形可能ミラーに関し、より詳しくは、例えば記録
再生装置に搭載した場合に、ディスクの厚み（基板厚
み）が異なる複数種類の光ディスク（例えば、ディスク
厚みが１．２ｍｍのＣＤ（コンパクトディスク）とディ
スク厚みが０．６ｍｍのＤＶＤ（デジタルビデオディス
ク）の２種類の光ディスク）に対して正確な記録再生動
作が可能になる変形可能ミラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは多量の情報信号を高密度で
記録することができるため、最近では、オーディオ、ビ
デオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進め
られている。図１５は、これらの装置に用いられる光ピ
ックアップの一例を示す。図１５に示す光ピックアップ
１００において、半導体レーザ１０１から出射されたビ
ームはコリメーターレンズ１０２により平行光１０３に
変換される。平行光１０３はビームスプリッター１０４
に入射することにより直進して、４分の１波長板１０５
を通り、反射ミラー１０６で光路を９０゜曲げられ、対
物レンズ１０７に入射する。対物レンズ１０７に入射し
た光は絞り込まれ、回転モータ１１３によって回転自在
に支持された光ディスク１０８の情報記憶媒体面上に光
スポット１０９を形成する。

【０００３】光ディスク１０８で反射された反射光１１
０は、再び、対物レンズ１０７と反射ミラー１０６及び
４分の１波長板１０５を通って、ビームスプリッター１
０４に入射する。この反射光１１０は４分の１波長板１
０５の作用により、偏光ビームスプリッター１０４で反
射され、絞りレンズ１１１を通り、光検出器１１２に受
光される。光検出器１１２は、反射光線の光強度を検出
することによって再生信号を検出する。

【０００４】ここで、対物レンズ１０７は光ディスク１
０８の厚みを考慮して設計されている。しかしながら、
この設計値と異なる厚みの光ディスクに対しては、球面
収差（以下では単に収差と称する）が生じて結像性能が
劣化し記録や再生が不可能となる。従来ＣＤやビデオデ
ィスク或いはデータ用のＩＳＯ規格光磁気ディスク装置
等に用いられる光ディスクの厚みは、ほぼ同一規格（約
１．２ｍｍ）であった。このため、一つの光ピックアッ
プで種類の異なる光ディスク（ＣＤ、ビデオディスク、
光磁気ディスク等）を記録再生することが可能であっ
た。

【０００５】ところで、近年、光ディスクのより高密度
化を図るために、（１）対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして光学的
な分解能を向上させる方法（２）記録層を多層に設ける方法が検討されている。

【０００６】上記の（１）のように、対物レンズのＮＡ
を大きくすると、集光ビーム径はこれに比例して小さく
なるが、光ディスクの傾きの許容誤差を同程度に収める
ためには光ディスクの基板厚さを薄くする必要がある。
例えば対物レンズのＮＡを０．５から０．６にすると、
基板厚さを１．２ｍｍから０．６ｍｍに減少させなけれ
ば、同程度の光ディスクの傾き許容誤差を有することが
できない。

【０００７】しかしながら、このように光ディスクの基
板厚さを薄くした場合は、基板厚さの薄い光ディスクに
対応する対物レンズを使用して、従来の光ディスクを記
録再生すると、収差が増大して結像点が広がってしま
い、記録再生が困難となる。従って、従来の光ディスク
との間で互換性を保つことができなくなり、光ピックア
ップを２個使い薄型光ディスクと従来型光ディスクを別
々の光ピックアップで記録再生せざるを得なくなる。こ
のため、記録再生装置の装置構成が複雑化すると共に、
コストアップを招来するという難点がある。

【０００８】また、上記（２）のように、記録層をある
程度の厚さの透明基板を介して複数設けた多層ディスク
を用いる場合は、１枚のディスクで記録容量を大幅に増
加できる利点がある。

【０００９】しかしながら、各記録層で対物レンズから
見た基板厚さが異なるため、上記理由により１つの光ピ
ックアップでは正確な情報の記録再生ができない。

【００１０】このような問題点を解決する手段として、
特開平５−１５１５９１号公報に開示された変形可能ミ
ラーにより基板厚さを補正する方法が知られている。

【００１１】図１６は、この変形可能ミラーを用いた記
録再生装置の光学系を示す。図１６において、半導体レ
ーザ１０１から出射されたビーム１０３はコリメータレ
ンズ１０２、ビームスプリッター１０１、４分の１波長
板１０５を透過し、ビームスプリッター２０２に到達す
る。ビーム１０３は、ビームスプリッター２０２及び４
分の１波長板１０５を透過して変形可能ミラー２００に
達するような偏光で配向している。

【００１２】変形可能ミラー２００は、ミラー表面が変
形可能に構成されており、光ディスクの基板厚みが厚く
なったときに変形可能ミラー駆動回路２０３によりミラ
ー表面が変形され、これによりビーム１０３に基板が厚
くなったことによって発生する収差を打ち消すような収
差を与える。

【００１３】このため、この変形可能ミラー２００を備
えた記録再生装置によれば、１つの光ピックアップで正
確な情報の記録再生が可能になる。

【００１４】さて、変形可能ミラー２００によって反射
されたビーム１０３は４分の１波長板２０１を通って戻
り、続いてビームスプリッター２０２で反射されて対物
レンズ１０７に達する。対物レンズ１０７に入射した光
は絞り込まれ、光ディスク１０８の情報記録媒体面上に
光スポット１０９を形成する。

【００１５】光ディスク１０８で反射した反射光１１０
は、再び対物レンズ１０７とビームスプリッター２０
２、４分の１波長板２０１、変形可能ミラー２００及び
４分の１波長板１０５を通って、ビームスプリッター１
０４に入射する。この反射光１１０はビームスプリッタ
ー１０４で反射して、絞りレンズ１１１を通り、光検出
器１１２に受光される。光検出器１１２は、反射光線の
光強度を検出することによって再生信号を検出する。

【００１６】図１７は、特開平５−１５１５９１号公報
で開示された変形可能ミラー２００の具体的な構成を示
す。これは、「”Ａｄａｐｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓｆ
ｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｍａｇｅｒ
ｅｓｏｌｕｔｉｏｎ”（ＡｐｐｌｉｄｅＯｐｔｉｃ
ｓ”，ｖｏｌ．２６，ｐｐ．３７７２−３７７７，（１
９８７），Ｊ．Ｐ．Ｇａｆｆａｒｅｌ等）」に記載され
たものである。

【００１７】この変形可能ミラー２００は、表面にミラ
ー面３００を形成した変形プレート３０１と、変形プレ
ート３０１の裏側の数箇所を加圧する圧電アクチュエー
タ３０２と、変形プレート３０１、圧電アクチュエータ
３０２及び変形プレート３０１を固定するべース基板等
から構成され、各圧電アクチュエータ３０２に印加する
電圧を変えることにより、変形プレート３０１上が初望
の量だけ変位し、全体として変形プレート上のミラー面
３００を初望の形状に変形させる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１７
に示した従来の圧電アクチュエータ３０２を用いた変形
可能ミラーでは、駆動電圧が変動すると、その変位も変
動し、特に、各圧電アクチュエータ３０２間に電圧変動
があると変形ミラー３００が所望の面から大きく外れて
しまう。

【００１９】また、環境温度の変化によっても熱膨張の
影響によって各圧電アクチュエータ３０２の加圧力が変
動し、ミラー面３００が所望のミラー面から外れてしま
うという問題がある。

【００２０】更に、収差補正を行う光ビームの直径は４
ｍｍ程度であり、変形可能ミラーの正確な変形形状を実
現するには多数の圧電アクチュエータ３０２を直径４ｍ
ｍの中に備える事が必要であり、組み立てが複雑になる
と共に、全体として変形可能ミラーの大きさが大きくな
りなり、光ピックアップの大きさが大きくなってしまう
という問題がある。

【００２１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、環境温度の変動や電気回路の変動の影
響を受けにくく、高精度にミラー面を変形させ、かつ保
持することが可能であると共に、小型で簡単な構造で、
安価に製造可能な変形可能ミラーを提供することを目的
とする。

【００２２】本発明の他の目的は、変形性を向上でき、
結果的に弾性変形に要するエネルギを低減でき、記録再
生装置のランニングコスト等を低減できる変形可能ミラ
ーを提供することにある。

【００２３】また、本発明の他の目的は、局部的に大き
な応力が発生することがなく、その寿命を向上できる変
形可能ミラーを提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の変形可能ミラー
は、表面に入射光を反射する反射面を有する可撓性部材
と、該可撓性部材の裏面に対向して配置され、外周縁部
に該可撓性部材の外周縁部に密着してこれを支持する平
面部を有し、かつ該平面部の内側に該可撓性部材の弾性
変形を許容する空間を形成する曲面部を有する参照面基
板とを備え、該可撓性部材を弾性変形させて該曲面部に
吸着させた場合の該反射面の変形により該入射光に一定
の収差が与えられることを利用して、基板厚さが異なる
複数種類の光ディスクに対して記録再生動作を可能とし
た変形可能ミラーであって、該曲面部の断面形状の中心
部の高さが該平面部の高さ以下に設定されており、その
ことにより上記目的が達成される。

【００２５】好ましくは、前記曲面部が平面視円形であ
り、該曲面部の最外周部の半径をｒ１、該曲面部におい
て必ず一定の収差を発生して前記入射光の収差補償をし
なければならない部分の半径をｒ２、該曲面部において
一定の収差を発生すべく設計された部分の半径をｒ３と
した場合に、これら半径ｒ１、ｒ２、ｒ３が下記（１）
式の条件を満足するようにｒ１＞ｒ３＞ｒ２ …（１）設定する。

【００２６】また、好ましくは、前記曲面部の中心部分
から前記半径ｒ１の位置までの曲面を微分可能な曲面と
する。

【００２７】また、好ましくは、前記曲面部の中心部分
から前記半径ｒ１の位置までの断面形状を半径ｒ１／２
の位置で左右対象となる形状にする。

【００２８】また、好ましくは、前記曲面部の前記半径
ｒ３の位置から前記半径ｒ１の位置までの断面形状を、
該半径ｒ３の位置で微分可能な円弧で形成する。

【００２９】また、好ましくは、前記曲面部の前記半径
ｒ３の位置から前記半径ｒ１の位置までの曲面の断面形
状を、その最深部の深さをｄとした場合に、曲率半径Ｒ
が下記（２）式を満足しＲ＝｛（ｒｌ−ｒ３）²＋ｄ²｝／（２ｄ） …（２）又はその±２０％の値で表される円弧で形成する。

【００３０】また、好ましくは、前記可撓性部材をＮｉ
又はＳｉを含む膜材料で形成する。

【００３１】以下に、作用を説明する。

【００３２】上記構成の変形可能ミラーにおいては、参
照面基板の曲面部の断面形状に倣って可撓性部材、つま
りこの表面に形成された反射面が変形する。このため、
曲面部の形状精度を高く維持しておけば、反射面の変形
形状を精度よく決定できるので、収差補正を精度よく行
うことができる。

【００３３】加えて、参照面基板の曲面部の形状は、指
定された収差を補正できるものであれば良いが、曲面部
の断面形状の中心部の高さをその外側の平面部（平坦
部）の高さ以下に設定する構成によれば、中心部が平面
部の周りよりも上方に突出することがないので、無変形
時に平面ミラーとなることが可能である。即ち、このよ
うな構成によれば、収差を発生しない平面ミラー状態と
収差補償が可能な変形ミラー状態の双方を実現できるの
で、ディスク厚みの異なる２種類の光ディスクに対する
記録再生動作を正確に行うことが可能になる。

【００３４】また、本発明が対象とする変形可能ミラー
は、例えば記録再生装置に搭載されるが、この場合に、
収差補償を要する領域は可撓性部材の中心部から対物レ
ンズのＮＡに相当する領域であればよい。そのような領
域は、上記（１）式の条件を満たす領域である。このよ
うな構成によれば、収差補償領域の外側の周縁部を変形
しやすい任意の形状に定めることができるので、変形に
要するエネルギを低減できる。

【００３５】ここで、本発明が対象とする変形可能ミラ
ーは、後述するように、例えば可撓性部材の一部を形成
する上部電極層と参照面基板に形成される下部電極層と
の間に駆動回路により電圧を印加することにより弾性変
形される。このため、弾性変形に要するエネルギ、つま
り駆動電圧を低減することが可能になる。この結果、記
録再生装置のランニングコストの低減に寄与できる。

【００３６】また、曲面部の中心部分から半径ｒ１の位
置までの曲面を微分可能な、つまり滑らかに連続した曲
面とする構成によれば、この曲面に倣って弾性変形され
る可撓性部材の変形性を向上できると共に、変形時に局
部的に過大な応力が発生することがないので、その寿命
を向上できる。

【００３７】また、曲面部の中心部分から半径ｒ１の位
置までの断面形状を半径ｒ１／２の位置で左右対象とな
る形状に形成する場合も、可撓性部材をスムーズに変形
でき、その変形性を向上できる。

【００３８】同様に、曲面部の半径ｒ３の位置から半径
ｒ１の位置までの曲面の断面形状を、ｒ３の位置で微分
可能な円弧で形成する場合も、可撓性部材をスムーズに
変形でき、その変形性を向上できる。

【００３９】また、曲面部の前記半径ｒ３の位置から前
記半径ｒ１の位置までの曲面の断面形状を、その最深部
の深さをｄとした場合に、曲率半径Ｒが下記（２）式を
満足しＲ＝｛（ｒｌ−ｒ３）²＋ｄ²｝／（２ｄ） …（２）又はその±２０％の値で表される円弧で形成する構成に
よれば、円弧で接続した分、この部分をスムーズに変形
できるので、変形性を向上できる。また、局部的に過大
な応力が発生しないので、可撓性部材の寿命を向上でき
る。

【００４０】また、可撓性部材をＮｉ又はＳｉを含む膜
材料で形成する構成によれば、可撓性部材の変形性を向
上できる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。

【００４２】（実施形態１）図１〜図８は本発明の実施
形態１を示す。まず、図１〜図４に従い本発明変形可能
ミラーの概略構成について説明する。但し、図１は変形
可能ミラーの平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線による断面
図、図３は変形可能ミラーの底面図、図４はその分解斜
視図を示す。

【００４３】この変形可能ミラー１は、シリコン基板５
０、このシリコン基板５０の裏面側に取り付けられた可
撓性部材２及びその下方に配置された参照面基板６を有
する基本構成になっている。ここで、シリコン基板５０
は内側が正方形状に開口５３された枠体状に形成されて
いる。この開口部５３の中心はシリコン基板５０の形状
中心から図上左側に少し偏位している。

【００４４】可撓性部材２は、図４に示すように、平面
視前記開口部５３よりも少し大形の正方形状をなし、そ
の外周縁部がシリコン基板５０の平坦になった外周縁部
に固着されている。より具体的には、シリコン熱酸化膜
５１ａを介してシリコン基板５０の外周縁部に固着され
ている。なお、可撓性部材２は引張応力が付加された状
態でシリコン基板５０に固着されている。

【００４５】ここで、図２に示すように、可撓性部材２
は上部電極層８とその上に積層された反射膜１０で構成
されている。上部電極層８は、例えば８μｍ程度の厚み
を有するＮｉ膜で作製されている。また、反射膜１０
は、例えば１μｍ程度の厚みを有するＡｕ、Ａｌ等の薄
膜で作製されている。

【００４６】なお、反射膜１０を無くして上部電極層８
の表面をそのまま反射面として利用する実施形態をとる
ことも可能である。このような構成によれば、部品点数
を削減でき、製造コストの低減に寄与できる利点があ
る。

【００４７】参照面基板６は、図４に示すように円筒状
をなし、例えばガラスモールド法で作製されている。参
照面基板６の表面、即ち可撓性部材２と対向する表面に
は、下部電極層１２、配線部５５、配線パッド５６及び
スペーサ層５４が形成され、これらの上に絶縁層９が形
成されている（図２参照）。ここで、下部電極層１２、
配線部５５及び配線パッド５６は連設されている。

【００４８】図２等に示すように、参照面基板６の表面
の外周縁部は平坦になっており、その内側には凹凸部
（曲面部）３が形成され、ここに上記下部電極層１２が
形成されている。また、平坦になった外周縁部の外周端
には面取り部５９が設けられており、平坦部に配線部５
５が形成され、面取り部５９に配線パッド５６が形成さ
れている。この面取り部５９には絶縁層９は設けられて
いない。従って、面取り部５９上の配線パッド５６には
絶縁層９は付着していない（図２参照）。

【００４９】下部電極層１２とスペーサ層５４は、例え
ば１μｍ程度の厚みを有するＡｌで作製され、絶縁層９
は、例えば１μｍ程度の厚みを有する酸化シリコンで作
製されている。

【００５０】ここで、上記の配線パッド５６は、下部電
極層１２へ電圧を印加するための配線部５５と後述する
下部電極用パッド５８とを電気的に接続するために設け
られている。なお、配線部５５及び配線パッド５６は下
部電極層１２と同じ厚み・材料で形成されている。

【００５１】可撓性部材２が固着されたシリコン基板５
０と、下部電極層１２と絶縁層９が設けられた参照面基
板６は、シリコン基板５０側の上部電極層８と参照面基
板６側の下部電極層１２が互いに対向するように接着剤
で接着されている（図２参照）。より具体的には、平坦
になった外周縁部同士が密着して接着されている。可撓
性部材２は、スペーサ５４上の絶縁層９の上面と下部電
極層１２、配線部５５上の絶縁層９の上面で同じ高さで
接触し、平面性を維持する。

【００５２】前記接着剤には、例えば導電性のエポキシ
系接着剤が用いられ、図２に示すように接着剤５７ａと
接着剤５７ｂで固定される。また、図２に示すように、
接着剤５７ａは参照面基板６の面取り部５９上の配線パ
ッド５６と、シリコン基板５０の裏面上に熱酸化膜５１
ａを介して設けられた下部電極用パッド５８とを電気的
に接続する機能も兼ねている。

【００５３】参照面基板６の面取り部５９は、シリコン
基板５０と参照面基板６が接着された時に配線パッド５
６を外部に露出させるとともに、接着剤５７ａ、５７ｂ
がこの面取り部５９に入り込むことにより、接着の信頼
性を向上させ、かつ配線パッド５６と下部電極用パッド
５８との電気的な接続を確実にする機能を有する。

【００５４】可撓性部材２の露出部分２ｂ（図３参照）
と下部電極用パッド５８は、例えば半田等の手段により
駆動回路７に接続されている。これにより、駆動回路７
は可撓性部材２の露出部分２ｂと下部電極層１２との間
に電圧を印加したり、印加を中止したりする。

【００５５】具体的には、可撓性部材２の反射膜１０に
入射する光ビームに収差を与えることなく反射させる場
合には、駆動回路７は電圧を印加しない。この結果、可
撓性部材２は付加された引張応カの作用で平坦のまま維
持されるため、入射してくる光ビームに収差を与えず、
そのまま反射させる。これに対して、入射する光ビーム
に収差を与えるときは、駆動回路７は上部電極層８と下
部電極層１２の間に電圧を印加する。これにより、両者
間には静電気力が作用するので、可撓性部材２は参照面
基板６側に変形し、結果的に凹凸面３に吸着し、入射し
てくる光ビームに所定の収差を与える。

【００５６】次に、図５及び図６に従い本発明変形可能
ミラーを記録再生装置に搭載した場合の動作について説
明する。なお、ここではディスク厚みが０．６ｍｍ（例
えば、ＤＶＤ）とｌ．２ｍｍ（例えば、ＣＤ）の２種類
の光ディスクに対応できる記録再生装置を例にとって説
明する。

【００５７】光ピックアップの光源である半導体レーザ
ー５００から出射されたビーム５０４は、コリメータレ
ンズ５０２、ビームスプリッター５０３、４分の１波長
板５０５を通過して、ビームスプリッター５０６に到達
する。続いて、このビーム５０４は直進してビームスプ
リッター５０６及び４分の１波長板５０７を通過し、変
形可能ミラー１に達する。

【００５８】そして、この変形可能ミラー１で反射され
た光が、４分の１波長板５０７を通過し、ビームスプリ
ッター５０６で反射され、この反射光が対物レンズ５０
８に入射する。そして、対物レンズ５０８に入射したビ
ームは集光されて光ディスク５０９を照射する。この対
物レンズ５０８は、ディスクの厚みが０．６ｍｍの光デ
ィスクに対応するようにその焦点距離、ＮＡ等が設定さ
れている。

【００５９】ここで、上記のように、本実施形態の記録
再生装置では、ディスク厚みが１．２ｍｍの光ディスク
とディスク厚みが０．６ｍｍの２種類の光ディスクに対
して正確な記録再生動作が可能になっており、これは変
形可能ミラー１の状態を、装着された光ディスク５０９
の厚みに応じて変化させることにより実現されるように
なっている。即ち、変形可能ミラー１の形状を変化さ
せ、これにより対物レンズ５０８の焦点距離を駆動用モ
ータに支持された光ディスク５０９に合致したものとす
ることにより実現している。

【００６０】より具体的には、ディスクの厚みが１．２
ｍｍの時に、変形可能ミラー１を変形させて、入射光に
収差を与えて、光ディスク５０９に焦点が合うようにし
ている。なお、この変形可能ミラー１は無変形時には、
平面ミラ一を形成し、この状態ではディスク厚みが０．
６ｍｍの光ディスク５０９の記録再生動作を行うように
なっている。従って、変形可能ミラー１の変形を行うに
は、前提として光ディスク５０９の厚みを検知する必要
がある。この厚み検知は、光ディスク５０９の上側に設
けられた厚み検知装置（基板厚み検知装置）５１５によ
り行われる。

【００６１】この厚み検知は以下のようにして行われ
る。厚み検知装置５１５は、例えば図６に示すような構
成になっている。即ち、厚み検知装置５１５は、光源６
００から光ビーム６０２を光ディスク５０９に向けて出
射する。光ディスク５０９の表面で反射された反射光
は、光ディスク５０９の厚みが０．６ｍｍの場合は光路
６０４をたどって光位置検出器６０１に入射する。一
方、光ディスク５０９の厚みが１．２ｍｍの場合は、光
路６０３をたどって光位置検出器６０１に入射する。従
って、この反射光の位置を光位置検出器６０１で検出す
ることにより、光ディスク５０９の厚みを検知できるよ
うになっている。この検知結果、即ち基板厚み情報は、
システム制御装置５１６に報じられ、これを受けたシス
テム制御装置５１６は以下のようにして変形可能ミラー
１を変形させる。

【００６２】即ち、システム制御装置５１６は図５に示
す駆動回路７を動作させる。ここで、システム制御装置
５１６は光ディスク５０９のディスク厚みが０．６ｍｍ
の場合は、収差補償を行う必要がないので、駆動回路７
を駆動しない。従って、この場合には変形可能ミラー１
は変形せず、平面ミラーとして機能する。

【００６３】一方、ディスク厚みが１．２ｍｍの場合に
は、システム制御装置５１６は駆動回路７を駆動し、こ
れにより変形可能ミラー１が変形される。即ち、変形可
能ミラー１の可撓性部材２を参照面基板６の凹凸面３に
吸着させる。これにより、変形可能ミラー１による反射
光には所定の収差が与えられ、対物レンズ５０８の焦点
距離をディスク厚み１．２ｍｍの光ディスク５０９に合
致させる。

【００６４】本実施形態１では、このようにディスク厚
みが１．２ｍｍの光ディスクの場合に変形可能ミラー１
を変形させて収差補償しているが、逆にディスク厚みが
０．６ｍｍの光ディスク５０９の場合に変形可能ミラー
１を変形させる実施形態をとることも可能である。

【００６５】但し、ディスク厚みが０．６ｍｍの光ディ
スク５０９は記録容量が大きいため、ディスク厚みが
ｌ．２ｍｍのＣＤ等の光ディスクを再生する場合より
も、使用する光学部品に高い位置精度が要求される。即
ち、本願発明者等のシミュレーション結果によれば、デ
ィスク厚みが１．２ｍｍの基板を再生するときに収差を
与えた光を入射させた方が光学部品の位置精度が緩くて
済むことが確認された。従って、変形可能ミラー１が平
面ミラーとなっているときに、ディスクの厚みが０．６
ｍｍの光ディスク５０９を再生し、変形可能ミラー１を
変形させたときに、ディスクの厚みが１．２ｍｍの光デ
ィスク５０９を再生する方が実施する上で好ましいもの
になる。

【００６６】次に、図７及び図８に基づき変形可能ミラ
ー１のミラー面、即ち可撓性部材２の表面が所定形状に
変形することを許容する参照面基板６の凹凸面３の具体
的な断面形状（曲面形状）について説明する。

【００６７】ここで、凹凸面３の断面形状については、
この凹凸面３の断面形状に倣って変形する可撓性部材２
のミラー面が、上述した所定の収差を発生するものであ
ればよい。

【００６８】図７は所定の収差を発生する凹凸面３の断
面形状をシミュレーションで求めた結果を示す。変形可
能ミラー１が平面ミラーとして働くときは、ミラー面は
深さｄ＝０（μｍ）の位置に沿った伏態であり、収差補
償ミラーとして働くときは、図７の曲線で示すような凹
凸面３に沿った断面形状になる。

【００６９】ここで、対物レンズ５０８の焦点距離を、
例えば３．３ｍｍ、対物レンズ５０８のＮＡを、例えば
０．４５とし、その範囲を収差捕償するとすると、変形
可能ミラー１としては、３．３×０．４５ｍｍで半径約
１．５ｍｍの範囲が光ビームで照射されることになり、
ちょうど図７の範囲全体が収差補償可能な凹凸面３の断
面形状であればよい。

【００７０】しかしながら、実際これら全ての断面曲線
で変形可能ミラーを構成するとなると以下の問題が発生
する。

【００７１】図８は図７の断面曲線のうち、外周縁部の
平坦部３４が中心部３５に比べて高いもの（図８（ａ）
参照）、平坦部３４が中心部３５より若干高いもの（図
８（ｂ）参照））及び平坦部３４が中心部３５に比べて
低いもの（図８（ｃ）参照）で、参照面基板６の凹凸面
３を作製し、変形可能ミラー１を構成する場合を例示し
ている。なお、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示す各曲
線は図７中に記号ａ、ｂ、ｃで示す曲線にそれぞれ対応
している。

【００７２】まず、凹凸面３を図８（ａ）に示す断面曲
線で形成する場合は、可撓性部材２の変形量が大きいた
め、変形に比較的大きなエネルギーが必要、即ち駆動回
路７より可撓性部材２の露出部分２ｂと下部電極層１２
との間に印加される駆動電圧が大きくなるという問題が
あるが、変形可能ミラー１構成上の問題は無い。つま
り、正確な収差を発生する上での構造上の問題はない。

【００７３】また、図８（ｂ）に示す断面曲線の場合
は、凹凸面３の中心部３５が平坦部３４の高さに近いほ
ど、比較的小さなエネルギーで変形するという利点があ
るうえ、構造上の問題も無く、理想的である。

【００７４】これに対して、図８（ｃ）に示す断面曲線
の場合、即ち凹凸面３の中心部３５が平坦部３４より高
い場合は、同図（ａ）、（ｂ）に示す場合と同じような
構成で変形可能ミラー１を作製しようとすると、中心部
３５が可撓性部材２の支持部である平坦部３４の周り３
３より上方に突出してしまうので、そのままでは、無変
形時に平面ミラーとなることが不可能である。

【００７５】このような場合に、凹凸面３の平坦部３４
の周り３３にスペーサをいれて疑似的に中心部３５が平
坦部３４より低い状態になるようにすることも可能であ
るが、可撓性部材２が変形する際、平坦部３４部分の形
状が、そのスペーサの状態、形態にも左右され、正確な
収差を発生することが困難である。

【００７６】よって、凹凸面３の断面形状としては、中
心部３５の高さが、平坦部３４の高さと同一の高さ、或
いはそれよりも若干なりとも低くなる、つまり平坦部３
４の高さ以下となるような曲線を選択する必要がある。
即ち、本実施形態１では、平坦部３４が可撓性部材２の
外周縁部に密着し、かつ平坦部３４の内側に形成される
凹凸面３の中心部３５の高さが平坦部３４の高さ以下と
なるような任意の曲線からなる断面形状を選択対象とし
ているのである。

【００７７】但し、中心部３５の高さを平坦部３４の高
さと全く同一の高さに設定することは、技術的に困難を
伴うので、若干なりとも低く設定するのが、実施する上
で好ましい。

【００７８】（実施形態２）図９〜図１４は本発明変形
可能ミラーの実施形態２を示す。本実施形態２では、上
記実施形態１とは異なり、可撓性部材２の中心部から対
物レンズ５０８のＮＡに相当する範囲内のみ所定の収差
を発生し得るように凹凸面の断面形状を設定する構成を
とっている。

【００７９】即ち、上記実施形態１では、図７に示すよ
うに、凹凸面３全体で所定の収差を発生するような使用
方法を想定しているが、必ずしもそういう使用方法をす
る必要は無く、現実には可撓性部材２の中心部から対物
レンズ５０８のＮＡに相当する範囲内のみが実質的に収
差補償のために必要な有効領域であるので、本実施形態
２では、この有効領域のみに一定の収差を発生し得る凹
凸面３を形成する構成としている。この凹凸面３の外側
部については上記実施形態１の条件を満たす任意の断面
形状を選択できる。即ち、この外側部については平坦部
よりも低くなる形状であればよい。

【００８０】今、焦点距離３．３ｍｍの対物レンズ５０
８において、図９に示すように、ＮＡ＝０．３８に相当
する部分を収差補償するための一定の収差を発生する領
域とする場合を仮定する。この場合半径ｒ＝３．３×
０．３８＝１．２５４ｍｍの部分のみが一定の収差を発
生すればよい。

【００８１】図９は、中心部３５と平坦部３４が同一の
高さの凹凸面３のなかで、シミュレーションにより評価
した凹凸面３の断面形状の代表的なものを示す。

【００８２】図９中の記号ａは、凹凸面３の全てを使用
することを想定した断面形状であり、図７中に記号ｅで
示す半径ｒ＝１．２５４ｍｍ内に相当する凹凸面形状で
ある。また、図９中に記号ｂで示される凹凸面３は、図
７中には図示されていないが、図７と同様のシミュレー
ションで算出された曲線（曲面）で、図７中に記号ｃと
記号ｄでそれぞれ示される２つの曲線間に存在する曲線
を、その片側断面曲線において、その変曲点にほぼ相当
する半径ｒ＝１．３１ｍｍの点において左右対称化し
た、断面形状を持つ断面形状である。

【００８３】また、図９中に記号ｃで示す曲線は、同図
中に記号ｄで示す曲線の片側断面曲線において、その変
曲点にほぼ相当する半径ｒ＝１．４３ｍｍの点より外周
部を、半径ｒ＝２．２ｍｍまで、半径ｒ＝１．４３の点
において滑らかに連続する円弧で接続した断面形状であ
る。

【００８４】また、図９中に記号ｄで示す曲線は、図７
と同様のシミュレーションで算出された曲線で図７には
図示されないが、図７中に記号ｃで示す曲線より更に深
いところに存在する曲線である。

【００８５】また、図９中に記号ｅで示す曲線は、図９
中に記号ｄで示す曲線の片側断面曲線において、その変
曲点にほぼ相当する半径ｒ＝１．４３ｍｍの点より外周
部を、半径ｒ＝２．６ｍｍまで、半径ｒ＝１．４３の点
において滑らかに連続する円弧で接続した曲線である。

【００８６】また、図９中に記号ｆで示す曲線は、同様
のシミュレーションで算出された曲線で図７には図示さ
れていないが、図７中の記号ｃ及び記号ｄで示される曲
線より更に深いところに存在する曲線である。

【００８７】図１０（ａ）、（ｂ）はこのうち図９中に
記号ｅ、ｆで示される曲線からなる凹凸面３に関し、各
静電応力に対する変位状態をＦＥＭのシミュレーション
で求めたものである。同図（ａ）、（ｂ）から明かなよ
うに、変形可能ミラー１の一定の収差を発生するために
凹凸面３に倣って変形する可撓性部材２の変位において
は、中心部分が凹凸面３に沿い易いが、周縁部が沿いに
くいことが判る。

【００８８】図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図９中に
記号ａ、ｂ、ｃで示される曲線に相当する凹凸面３に関
し、図１０のように各静電応カに対する変位状態をＦＥ
Ｍのシミュレーションで求めたものそれぞれについて、
ＰＶ値とｒｍｓ値を計算してプロットしたものである。
また、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図９中に記号
ｄ、ｅ、ｆで示される曲線に相当する凹凸面３に関し、
図１０のように各静電応カに対する変位状態をＦＥＭの
シミュレーションで求めたものそれぞれについて、ＰＶ
値とｒｍｓ値を計算してプロットしたものである。

【００８９】ここで、ＰＶ値は、変形可能ミラー１が収
差捕償する範囲において、変形可能ミラー１、即ち可撓
性部材２が凹凸面３から最も離れた点でのその離間距離
を表し、ｒｍｓ値は変形可能ミラー１が収差捕償をする
範囲において、変形可能ミラー１と参照面の離間距離の
根二乗平均を表し、両方とも数値が低いほど変形性がよ
いことを表している。また、実用的なＰＶ値は約０．０
８μｍ、ｒｍｓ値は０．０１μｍである。

【００９０】図１１及び図１２に示すように、一見する
と、変位量が少なくて済む図９中に記号ａで示される曲
線からなる凹凸面３形状が必ずしも良い訳でないことが
わかる。その理由は、図１０（ａ）、（ｂ）に示した凹
凸面３の周縁部において、変形可能ミラー１の可撓性部
材２が凹凸面３に接触しにくいためである。

【００９１】これらのことより、凹凸面３としては、凹
凸面３の全体を使って一定の収差を発生させ、収差捕償
をするより、むしろ凹凸面３の中心部分より、例えば対
物レンズ５０８のＮＡに相当する一定の範囲のみを一定
の収差を発生する収差捕償領域とし、その周縁部は可撓
性部材２が変形し易いように決めるのが好ましい。即
ち、周縁部は変形時にはミラーとして使用しないのが、
変形に必要なエネルギーの観点から好ましいものにな
る。

【００９２】よって、上記のシュミレーション結果によ
り、凹凸面の最大外周縁部の半径をｒ１、必ず一定の収
差を発生して収差補償しなけれぱならない部分の半径、
即ち、例えば対物レンズ５０８のＮＡに相当する部分の
半径をｒ２、凹凸面３が一定の収差を発生すべく設計さ
れた部分の半径をｒ３とすると、ｒ１＞ｒ３＞ｒ２の関
係を満たすように、凹凸面３の形状を設計すると、正確
な収差補償を実現した上で、変形可能ミラー１、つまり
可撓性部材２の変形性を向上でき、駆動回路７の駆動電
圧を低減できることが判明した。なお、上記の半径ｒ
１、ｒ２、ｒ３については、図９中に例示してある。

【００９３】特に、本実施形態２の図９中に記号ｂで示
される曲線からなる凹凸面３形状において、ｒ／２の点
より左右対象になる断面形状とすれば、周縁部も中心部
と同様可撓性部材２に接触しやすい形状になり、図１１
（ｂ）に示されるごとく、変形に必要なエネルギーが少
なくてすむことがわかる。より具体的には、変形に必要
なエネルギーは、駆動電圧で比較すると図９中に記号ｂ
で示される曲線からなる凹凸面３形状の場合は、同図中
に記号ａで示される曲線からなる凹凸面３形状の場合に
比べて、約１／２で済む。なお、駆動電圧の値は、図１
１、図１２で示される静電応力の値を換算すれば得られ
る。

【００９４】更に、本実施形態２の図９中に記号ｃ、ｅ
で示される曲線からなる凹凸面３形状において、中心部
から周縁部にかけての断面形状を、半径ｒ３から半径ｒ
１にかけての間を、ｒ３の位置において滑らかに、つま
り同一の傾きで連続する円弧で接続する形状とする場合
は、可撓性部材２が凹凸面３の断面形状におけるボトム
部分で接触しやすくなり、図１２（ａ）、（ｃ）に示す
ように、前記の形状よりもさらに少ないエネルギーで変
形可能となる。

【００９５】変形に必要なエネルギーは、駆動電圧で比
較すると、図９中に記号ｃで示される曲線からなる凹凸
面３形状の場合は、同図中に記号ａで示される曲線から
なる凹凸面３形状の場合に比べて約２／３で済む。ま
た、図９中に記号ｅで示される曲線からなる凹凸面３形
状の場合は、同図中に記号ａで示される曲線からなる凹
凸面３形状の場合に比べて、約１／２．２で済む。

【００９６】なお、本願発明者等のシュミレーション結
果によれば、図９中に記号ｃ、ｅで示される曲線からな
る凹凸面３の前記円弧部分の曲率半径Ｒは、下記（２）
式で表される値Ｒ＝｛（ｒｌ−ｒ３）²＋ｄ²｝／（２ｄ） …（２）又はその±２０％の値であれば、変形性を向上できる形
状となることが確認できた。

【００９７】上記（２）式の導出過程を図１３に基づき
説明する。今、図１３に示すように、凹凸面３の中心部
分から半径ｒ１部分までが微分可能で、かつ半径ｒ３〜
ｒ１までが円弧で接続されている場合、即ち半径ｒ３の
位置で連続、かつ微分可能であり、半径ｒ３の部分が最
深部となる曲面を仮定する。

【００９８】図１３に示す幾何学的関係により、下記
（３）式が成立する。

【００９９】Ｒ²＝（Ｒ−ｄ）²＋（ｒ１−ｒ３）² …（３）この（３）式を展開して、曲率半径Ｒについて求める
と、Ｒ＝｛（ｒｌ−ｒ３）²＋ｄ²｝／（２ｄ）となり、
上記（２）式が求まる。

【０１００】なお、上記±２０％の根拠は、実際の加工
には約±２０％の加工誤差が発生するからである。

【０１０１】ところで、可撓性部材２の変形性は、可撓
性部材２を形成する、Ｎｉ膜等の膜厚や膜材料のヤング
率によって異なる。そこで、本願発明者等は凹凸面３形
状と膜厚及びヤング率との関係について実験した。

【０１０２】実験結果によれば、同一膜厚、同一ヤング
率であれば、変形に関しての最適な凹凸面３形状は変わ
らないことを確認できた。

【０１０３】なお、凹凸面３形状としては、図９に示す
曲線からなる凹凸面３を用いた。また、加圧力は１００
Ｐａとした。

【０１０４】また、同一の凹凸面３形状について、膜厚
を変えた実験を行ったところ、図１４（ａ）に示す結果
が得られた。この実験結果によれば、膜厚は１０μｍが
好ましいことが判明した。

【０１０５】なお、膜材料としてはＮｉ（ヤング率２１
０ＧＰａ）を用いた。

【０１０６】また、同一の凹凸面３形状について、ヤン
グ率の異なる種々の膜を用いた実験を行ったところ、図
１４（ｂ）に示す結果が得られた。この実験結果によれ
ば、上記で例示したどのような凹凸面３形状であって
も、膜材料としては、Ｎｉ又はＳｉが好ましいことが確
認できた。

【０１０７】

【発明の効果】本発明の変形可能ミラーによれば、参照
面基板の曲面部の断面形状に倣って可撓性部材、つまり
この表面に形成された反射面が変形するので、曲面部の
形状精度を高く維持しておけば、反射面の変形形状を精
度よく決定できるので、収差補正を精度よく行うことが
できる利点がある。

【０１０８】加えて、参照面基板の曲面部の形状は、指
定された収差を補正できるものであれば良いが、本発明
では、曲面部の断面形状の中心部の高さをその外側の平
面部の高さ以下に設定してあるので、中心部が平面部の
周りよりも上方に突出することがない。このため、無変
形時に平面ミラーとなることが可能である。よって、収
差を発生しない平面ミラー状態と収差補償が可能な変形
ミラー状態の双方を実現できるので、ディスク厚みの異
なる２種類の光ディスクに対する記録再生動作を正確に
行うことが可能になる。

【０１０９】更には、例えば可撓性部材の一部を形成す
る上部電極層と参照面基板に形成される下部電極層との
間に駆動回路により電圧を印加すれば変形可能ミラーを
弾性変形できるので、複数本のアクチュエータで駆動す
る従来例とは異なり、環境の変動等により可動性部材の
変形の均一性が失われることがない。また、駆動系を簡
潔化できる利点もある。

【０１１０】また、特に請求項２記載の変形可能ミラー
によれば、収差補償領域の外側の周縁部を変形しやすい
任意の形状に定めることができるので、変形に要するエ
ネルギを低減できる。

【０１１１】ここで、本発明が対象とする変形可能ミラ
ーは、例えば可撓性部材の一部を形成する上部電極層と
参照面基板に形成される下部電極層との間に駆動回路に
より電圧を印加することにより弾性変形される。このた
め、弾性変形に要するエネルギ、つまり駆動電圧を低減
することが可能になる。この結果、記録再生装置のラン
ニングコストの低減に寄与できる利点がある。

【０１１２】また、特に請求項３記載の変形可能ミラー
によれば、曲面部の中心部分から半径ｒ１の位置までの
曲面を微分可能な、つまり滑らかに連続した曲面にして
あるので、この曲面に倣って弾性変形される可撓性部材
の変形性を向上できると共に、変形時に局部的に過大な
応力が発生することがない。よって、上記同様の効果を
奏することに加えて、可撓性部材の寿命を向上でき、か
つ記録再生装置等の信頼性を向上できる利点がある。

【０１１３】また、特に請求項４記載の変形可能ミラー
によれば、曲面部の中心部分から半径ｒ１の位置までの
断面形状を半径ｒ１／２の位置で左右対象となる形状に
形成してあるので、その分、可撓性部材をスムーズに変
形できる。よって、この構成によっても、記録再生装置
等に搭載した場合にそのランニングコストの低減に寄与
できる。

【０１１４】また、特に請求項５又は請求項６記載の変
形可能ミラーによれば、円弧で接続した分、この部分を
スムーズに変形できるので、この点においても変形性を
向上できる。また、局部的に過大な応力が発生しないの
で、可撓性部材の寿命を向上できる。

【０１１５】また、特に請求項７記載の変形可能ミラー
によれば、可撓性部材をＮｉ又はＳｉを含む膜材料で形
成する構成をとるので、この点においても可撓性部材の
変形性を向上できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す、変形可能ミラーの
平面図。

【図２】本発明の実施形態１を示す、図１のＸ−Ｘ線に
よる断面図。

【図３】本発明の実施形態１を示す、変形可能ミラーの
底面図。

【図４】本発明の実施形態１を示す、変形可能ミラーの
分解斜視図。

【図５】本発明の実施形態１を示す、本発明変形可能ミ
ラーが搭載された記録再生装置の構成を示すブロック
図。

【図６】本発明の実施形態１を示す、厚み検知装置の検
出原理を説明するための模式図。

【図７】本発明の実施形態１を示す、シミュレーション
で求めた変形可能ミラー用の凹凸面の断面形状を示す
図。

【図８】本発明の実施形態１を示す、（ａ）、（ｂ）は
本発明が適用される変形可能ミラーを示す略図、（ｃ）
は本発明が適用されない変形可能ミラーを示す略図。

【図９】本発明の実施形態２示す、シミュレーションで
求めた変形可能ミラー用の凹凸面の断面形状を示す図。

【図１０】本発明の実施形態２示す、（ａ）、（ｂ）は
それぞれ別の凹凸面を有する変形可能ミラーの変位量と
半径位置との関係を示す図。

【図１１】本発明の実施形態２示す、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）はそれぞれ別の凹凸面を有する変形可能ミラーの
変位状態を示す図。

【図１２】本発明の実施形態２示す、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）はそれぞれ別の凹凸面を有する変形可能ミラーの
変位状態を示す図。

【図１３】本発明の実施形態２示す、凹凸面の円弧部分
における曲率半径の導出過程を説明するための図面。

【図１４】本発明の実施形態２示す、（ａ）は変形可能
ミラーの膜厚依存性を示す図、（ｂ）は変形可能ミラー
のヤング率依存性を示す図。

【図１５】従来の光ピツクアップの構成を示すブロック
図。

【図１６】従来の変形可能ミラーを使用した光ピックア
ップの構成を示す図。

【図１７】従来の変形可能ミラーの構成を示す図。

【符号の説明】

１変形可能ミラー２可撓性部材３凹凸面御６参照面基板８上部電極層９絶縁層１２下部電極層３４平坦部３５中心部分５０シリコン基板５０８対物レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部新吾大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者乾哲也大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に入射光を反射する反射面を有する
可撓性部材と、該可撓性部材の裏面に対向して配置され、外周縁部に該
可撓性部材の外周縁部に密着してこれを支持する平面部
を有し、かつ該平面部の内側に該可撓性部材の弾性変形
を許容する空間を形成する曲面部を有する参照面基板と
を備え、該可撓性部材を弾性変形させて該曲面部に吸着
させた場合の該反射面の変形により該入射光に一定の収
差が与えられることを利用して、基板厚さが異なる複数
種類の光ディスクに対して記録再生動作を可能とした変
形可能ミラーであって、該曲面部の断面形状の中心部の高さが該平面部の高さ以
下に設定されている変形可能ミラー。
【請求項２】前記曲面部が平面視円形であり、該曲面
部の最外周部の半径をｒ１、該曲面部において必ず一定
の収差を発生して前記入射光の収差補償をしなければな
らない部分の半径をｒ２、該曲面部において一定の収差
を発生すべく設計された部分の半径をｒ３とした場合
に、これら半径ｒ１、ｒ２、ｒ３が下記（１）式の条件
を満足するようにｒ１＞ｒ３＞ｒ２ …（１）設定されている請求項ｌ記載の変形可能ミラー。
【請求項３】前記曲面部の中心部分から前記半径ｒ１
の位置までの曲面が微分可能な曲面である請求項２記載
の変形可能ミラー。
【請求項４】前記曲面部の中心部分から前記半径ｒ１
の位置までの断面形状が半径ｒ１／２の位置で左右対象
である請求項２又は請求項３記載の変形可能ミラー。
【請求項５】前記曲面部の前記半径ｒ３の位置から前
記半径ｒ１の位置までの断面形状が、該半径ｒ３の位置
で微分可能な円弧で形成されている請求項２〜請求項４
のいずれかに記載の変形可能ミラー。
【請求項６】前記曲面部の前記半径ｒ３の位置から前
記半径ｒ１の位置までの曲面の断面形状を、その最深部
の深さをｄとした場合に、曲率半径Ｒが下記（２）式を
満足しＲ＝｛（ｒｌ−ｒ３）²＋ｄ²｝／（２ｄ） …（２）又はその±２０％の値で表される円弧で形成されている
請求項５記載の変形可能ミラー。
【請求項７】前記可撓性部材がＮｉ又はＳｉを含む膜
材料で形成されている請求項１〜請求項６のいずれかに
記載の変形可能ミラー。