JP2006012286A - Aberration correction element, electronic device, and optical apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電素子を用いて、精度のよい曲面をもつ収差補正素子を提供する。
【解決手段】ビーム40は反射膜33によって反射される。光学系はこの初期状態において収差がなくなるように調整されている。次にこの状態から、光学ディスクの別の面で記録再生する場合は、光学ディスク保護層の厚みの差によって球面収差が発生するので、下部電極膜34aおよび上部電極膜34bに電圧を与えることにより圧電膜31に電界を与えると、圧電歪により曲率が減少するように変形し、球面収差が補正される。下部電極膜34a、圧電膜31、上部電極膜34b、反射膜33はすべて膜厚が均一な膜で形成されるが、膜厚調整層32は中央部で薄く、周辺部で厚い膜厚になっている。反射面は膜厚調整層32の厚み分布に従って変形しているだけではなく、膜厚調整層32の厚み分布に対応する応力分布と、作製時に発生した各膜の内部応力とのバランスによって変形している。
【選択図】図1An aberration correction element having a curved surface with high accuracy using a piezoelectric element is provided.
A beam is reflected by a reflection film. The optical system is adjusted so that there is no aberration in this initial state. Next, when recording / reproducing is performed on another surface of the optical disk from this state, spherical aberration occurs due to the difference in the thickness of the optical disk protective layer, so that a voltage is applied to the lower electrode film 34a and the upper electrode film 34b. When an electric field is applied to the piezoelectric film 31, it is deformed so as to reduce the curvature due to piezoelectric distortion, and the spherical aberration is corrected. The lower electrode film 34a, the piezoelectric film 31, the upper electrode film 34b, and the reflective film 33 are all formed of a uniform film thickness, but the film thickness adjusting layer 32 is thin at the central portion and thick at the peripheral portion. ing. The reflecting surface is not only deformed according to the thickness distribution of the film thickness adjusting layer 32 but also deformed by the balance between the stress distribution corresponding to the thickness distribution of the film thickness adjusting layer 32 and the internal stress of each film generated at the time of fabrication. ing.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光学ディスク装置の光学ピックアップ等において用いられる収差補正素子に関する。 The present invention relates to an aberration correction element used in an optical pickup of an optical disk device.
光学ディスク装置を用いた情報記録媒体として、コンパクトディスク(CD)やデジタルビデオディスク(DVD)などがある。さらに、今日ではマルチメディア技術の急速な発展に合わせて、従来よりも波長の短い青色レーザーを用いたブルーレイ光学ディスク(BD)が開発され、読み取り、もしくは記録情報の大容量化を達成している。 As an information recording medium using an optical disk device, there are a compact disk (CD) and a digital video disk (DVD). Furthermore, in accordance with the rapid development of multimedia technology, a Blu-ray optical disc (BD) using a blue laser with a shorter wavelength than before has been developed to achieve a large capacity for reading or recording information. .
近年の光学ディスク装置は一台でこれら複数の光学ディスクのいずれにも対応できる構成になっている。このことは一方で光学ディスク装置の高密度実装を要求する。すなわち、従来と同じ光学ディスク装置の中に複数の光学ディスクに対応する光学系を配置する必要がある。さらに、それとは別に、パーソナルコンピュータ、特にノート型パーソナルコンピュータ用の光学ディスク装置に対しては、小型、薄型の必要性が年々高くなっており、部品の小型化や高密度実装、光学系の縮小化が大きな課題となっている。 A single optical disk device in recent years is configured to be compatible with any of the plurality of optical disks. This, on the other hand, requires high-density mounting of the optical disk device. That is, it is necessary to dispose an optical system corresponding to a plurality of optical disks in the same optical disk apparatus as in the prior art. Furthermore, apart from that, there is an increasing need for smaller and thinner optical disc devices for personal computers, particularly notebook personal computers, and there is a growing need for smaller components, higher density mounting, and smaller optical systems. It has become a big issue.
ところで、BDは二層のディスク面からなり、第一層と第二層のデータを記録再生する際に生じる球面収差を補正することが必要となる。従って、パーソナルコンピュータに用いられるBD光学ディスク装置の課題は小型の部品で球面収差補正を行うことであるといえる。この課題を解決することを目的として、従来、圧電素子の弾性変形を利用した薄膜ミラーを用いた球面収差補正素子が、例えば以下の特許文献に提案されている。
しかしながら、BD光学ディスク装置の規格においては、波長の短い青色レーザーが用いられていることと、開口数(NA)が0.85と従来に比べて大きいことから、光学収差に対する要求が厳しいのに対して、上記の特許文献にはBD光学ディスクに要求されるような厳しい精度の可変形ミラーをいかにしてつくることができるかについては開示されていない。 However, in the standard of the BD optical disk device, the requirement for optical aberration is severe because a blue laser with a short wavelength is used and the numerical aperture (NA) is 0.85 which is larger than the conventional one. On the other hand, the above-mentioned patent document does not disclose how a deformable mirror with a strict accuracy as required for a BD optical disk can be produced.
一般に、安価で大量生産に向いた半導体プロセスを用いた方法を用いる場合、製膜には蒸着、スパッタリングなどが用いられるが、熱応力などにより、製膜された膜は一般に内部応力をもつ。そのため、半導体プロセスによって作られる収差素子は応力による反りが必ず存在する。したがって、収差補正素子のミラー形状をいかに光学設計によって設計しても、そのような形状を精度よく半導体プロセスによって作るのは非常に困難であった。 In general, when a method using a semiconductor process that is inexpensive and suitable for mass production is used, vapor deposition, sputtering, or the like is used for film formation, but the formed film generally has internal stress due to thermal stress or the like. For this reason, an aberration element produced by a semiconductor process always has a warp due to stress. Therefore, no matter how the mirror shape of the aberration correction element is designed by optical design, it is very difficult to make such a shape with high accuracy by a semiconductor process.
従って本発明が解決しようとする課題は、圧電素子を用いて、精度のよい曲面をもつ収差補正素子を提供することであり、より具体的には、半導体プロセスを用いて光学設計通りの精度よい曲面をもつ収差補正素子を作製することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an aberration correction element having an accurate curved surface by using a piezoelectric element, and more specifically, by using a semiconductor process, the accuracy as in optical design. It is to produce an aberration correction element having a curved surface.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、基板と、キャビティ部と、前記キャビティ部に対向して設けられた弾性体の膜厚を不均一とした膜厚調整層と、前記キ
ャビティ部に対向して設けられた圧電膜と、前記圧電膜をはさむ一対の電極膜と、光学反射膜を備えたことを特徴とする収差補正素子である。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and includes a substrate, a cavity part, and a film thickness adjusting layer in which the film thickness of the elastic body provided facing the cavity part is non-uniform, An aberration correction element comprising: a piezoelectric film provided facing the cavity portion; a pair of electrode films sandwiching the piezoelectric film; and an optical reflection film.
本発明によると、光学設計通りの精度のよい曲面をもったミラーを作製することができるので、光学収差、特に球面収差を高い精度で低減させることができ、光ピックアップとして用いた場合には、記録再生特性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to produce a mirror having a curved surface with high accuracy according to the optical design, so that optical aberrations, particularly spherical aberration, can be reduced with high accuracy, and when used as an optical pickup, Recording / reproduction characteristics can be improved.
本願の第1の発明は、基板と、キャビティ部と、前記キャビティ部に対向して設けられた弾性体の膜厚を不均一とした膜厚調整層と、前記キャビティ部に対向して設けられた圧電膜と、前記圧電膜をはさむ一対の電極膜と、光学反射膜を備えたことを特徴とする収差補正素子である。これにより、精度のよい設計通りの曲面をもつ光学反射膜を作製することができる。 According to a first aspect of the present application, a substrate, a cavity portion, a film thickness adjusting layer having a non-uniform thickness of an elastic body provided to face the cavity portion, and the cavity portion are provided. An aberration correction element comprising: a piezoelectric film; a pair of electrode films sandwiching the piezoelectric film; and an optical reflection film. Thereby, an optical reflection film having a curved surface as designed with high accuracy can be produced.
本願の第2の発明は、膜厚調整層の膜厚が0.01μmから10μmまで離散階調的に変化することを特徴とする。これにより、任意の形状のミラー曲面を精度よく作製することが可能である。 The second invention of the present application is characterized in that the film thickness of the film thickness adjusting layer varies in a discrete gradation from 0.01 μm to 10 μm. Thereby, it is possible to accurately produce a mirror curved surface having an arbitrary shape.
本願の第3の発明は、膜厚調整層の膜厚分布が軸対称であることを特徴とする。これにより、効果的に球面収差を補正することができる。 The third invention of the present application is characterized in that the film thickness distribution of the film thickness adjusting layer is axisymmetric. Thereby, spherical aberration can be corrected effectively.
本願の第4の発明は、膜厚調整層の膜厚分布が、中央部で厚く、周辺部で薄い凸形状であることを特徴とする。これにより、球面収差を精度よく補正することが可能である。 A fourth invention of the present application is characterized in that the film thickness distribution of the film thickness adjusting layer is a convex shape that is thick at the center and thin at the periphery. Thereby, it is possible to correct spherical aberration with high accuracy.
本願の第5の発明は、膜厚調整層の膜厚分布が、中央部で薄く、周辺部で厚い凹形状であることを特徴とする。これにより、球面収差を精度よく補正することが可能である。 The fifth invention of the present application is characterized in that the film thickness distribution of the film thickness adjusting layer is a concave shape that is thin at the center and thick at the periphery. Thereby, it is possible to correct spherical aberration with high accuracy.
本願の第6の発明は、膜厚調整層がグレースケールレジストを用いた半導体プロセスによって形成されることを特徴とする。これにより、膜厚調整層を安価で精度よく作製することができる。 The sixth invention of the present application is characterized in that the film thickness adjusting layer is formed by a semiconductor process using a gray scale resist. Thereby, the film thickness adjusting layer can be manufactured with low cost and high accuracy.
本願の第7の発明は、グレースケールレジストがレーザー、または電子ビームを用いた描画露光装置により直接、または間接的に形成されることを特徴とする。これにより、膜厚調整層を精度よく作製することができる。 The seventh invention of the present application is characterized in that the gray scale resist is formed directly or indirectly by a drawing exposure apparatus using a laser or an electron beam. Thereby, a film thickness adjustment layer can be produced with high accuracy.
本願の第8の発明は、グレースケールレジストがグレースケールマスクを用いて形成されることを特徴とする。これにより、大量生産により膜厚調整層を安価で精度よく作製することができる。 The eighth invention of the present application is characterized in that the gray scale resist is formed using a gray scale mask. Thereby, the film thickness adjusting layer can be manufactured with low cost and high accuracy by mass production.
本願の第9の発明は、膜厚調整層がZernike展開における基底関数の相似形状であることを特徴とする。これにより、すべての光学収差を補正することができる収差補正素子を提供することができる。 The ninth invention of the present application is characterized in that the film thickness adjusting layer has a similar shape of a basis function in Zernike expansion. Thereby, an aberration correction element capable of correcting all optical aberrations can be provided.
本願の第10の発明は、膜厚調整層が反射膜以外の膜であることを特徴とする。これにより、誘電体積層膜によって形成される反射膜の光学特性を劣化させることなく、精度のよい曲面形状のミラーを得ることができる。 The tenth invention of the present application is characterized in that the film thickness adjusting layer is a film other than the reflective film. As a result, an accurate curved mirror can be obtained without degrading the optical characteristics of the reflective film formed of the dielectric laminated film.
本願の第11の発明は、膜厚調整層をキャビティ側に有し、前記膜厚調整層が等方性の製膜法を用いてキャビティの陰影効果により形成されることを特徴とする。これにより、
特別な設備を用いることなく簡単に膜厚調整層を作製することが可能である。
An eleventh invention of the present application is characterized in that a film thickness adjusting layer is provided on the cavity side, and the film thickness adjusting layer is formed by a shadow effect of the cavity using an isotropic film forming method. This
It is possible to easily produce the film thickness adjusting layer without using special equipment.
本願の第12の発明は、膜厚調整層をキャビティ側に有し、前記膜厚調整層が等方性のエッチング法を用いてキャビティの陰影効果により形成されることを特徴とする。これにより、特別な設備を用いることなく簡単に膜厚調整層を作製することが可能である。 A twelfth aspect of the present invention is characterized in that a film thickness adjusting layer is provided on the cavity side, and the film thickness adjusting layer is formed by a shadow effect of the cavity using an isotropic etching method. Thereby, the film thickness adjusting layer can be easily produced without using special equipment.
本願の第13の発明は、膜厚調整層がピコ秒レーザー、もしくはフェムト秒レーザーによって加工形成されることを特徴とする。これにより、精度よい任意の曲面形状をもった膜厚調整層を作製することができる。 The thirteenth invention of the present application is characterized in that the film thickness adjusting layer is processed and formed by a picosecond laser or a femtosecond laser. Thereby, a film thickness adjusting layer having an arbitrary curved surface shape with high accuracy can be produced.
本願の第14の発明は、第1から第13のいずれかの発明の収差補正素子を搭載した電子機器である。これにより、光学ピックアップに限らず、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話などの収差補正を必要とするあらゆる電子機器において、安価で小型の収差補正素子を用いた電子機器を提供することができる。 A fourteenth aspect of the present invention is an electronic apparatus equipped with the aberration correction element according to any one of the first to thirteenth aspects. Accordingly, it is possible to provide an electronic device using an inexpensive and small aberration correction element in all electronic devices that require aberration correction, such as a digital camera and a mobile phone with a camera, as well as the optical pickup.
本願の第15の発明は、第1から第13のいずれかの発明の収差補正素子を搭載した光学装置である。これにより、天体望遠鏡や顕微鏡、カメラなどの収差補正を必要とするあらゆる光学装置において、安価で小型の収差補正素子を用いた光学装置を提供することができる。 A fifteenth aspect of the present invention is an optical device including the aberration correction element according to any one of the first to thirteenth aspects. This makes it possible to provide an optical device using an inexpensive and small aberration correction element in any optical device that requires aberration correction, such as an astronomical telescope, a microscope, and a camera.
(実施の形態1)
以下、本発明の一実施の形態について説明する。まず、光学ディスク装置における光学ピックアップの基本的な構成例を図10に示す。まずP偏光で光源18から発せられたビームは偏光ビームスプリッター15を透過し、1/4波長板14を透過して収差補正素子1で反射し、再び1/4波長板14を透過しS偏光となり、偏光ビームスプリッター15によって反射され、1/4波長板13を透過して、立ち上げミラー17で反射し、対物レンズ12で集光されて光学ディスク11でスポットを形成する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 10 shows a basic configuration example of an optical pickup in the optical disk device. First, a beam emitted from the
光学ディスク11で反射したビームは再び対物レンズ12を透過し、立ち上げミラー17で反射して、1/4波長板13を透過してP偏光となり、偏光ビームスプリッター15を透過して、受光素子16に達する。受光素子16に入射した光は電気信号に変換される。
The beam reflected by the
収差補正素子1における収差補正素子は、ドライバIC20から制御電圧を供給されることによりミラー面の曲率を変え、収差補正の動作を行う。ドライバIC20で得られた電気信号は演算装置21によって演算され、球面収差量を算出し、収差補正素子1に与える制御電圧の値がフィードバックされる。
The aberration correction element in the aberration correction element 1 performs the aberration correction operation by changing the curvature of the mirror surface by being supplied with a control voltage from the
図11(a)および図11(b)はそれぞれ、図10における対物レンズ12、光学ディスク11、および収差補正素子1の拡大図を示す。光学ディスク11は二層構成で、光学ディスク基板50上に第一面51、および第二面52の二面に情報を持つことができる。ビーム40は対物レンズ12で集光され、光学ディスク表面53で屈折して、第一面51と第二面52のいずれかの面に焦点を結ぶ構成となっている。
FIGS. 11A and 11B are enlarged views of the
図11(a)は第二面52で記録再生する場合を示しており、この場合はドライバIC20が持つ電源54はオフの状態で、圧電膜31は製造時の初期状態となっている。ここでは、収差補正素子1は簡単のため、圧電膜31のみを示す。図11(b)は第一面51で記録再生する場合を示しており、この場合はドライバIC20が持つ電源54はオンの状態で、圧電膜31には圧電歪が発生して初期状態から変形している。この形態においては、圧電膜31は初期において相対的に大きな曲率をもち、電界を与えた場合に相対的に
小さな曲率に変形する。
FIG. 11A shows a case where recording / reproduction is performed on the
次に、本発明に係る収差補正素子について図1(a)、図1(b)および図1(c)を用いて説明する。 Next, an aberration correction element according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b), and 1 (c).
図1(a)、図1(b)および図1(c)はそれぞれ、図10中の収差補正素子1を基板を下にして示した図である。図1(a)は本発明における収差補正素子の基板に対して上からの斜視図、図1(b)は基板側からの斜視図である。図1(c)は図1(a)中、断面ABにおける断面図を示す。収差補正素子1は下から順に、基板35、下部電極膜34a、圧電膜31、上部電極膜34b、膜厚調整層32、反射膜33から構成される。37、38は電極パッドである。
FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C are diagrams showing the aberration correction element 1 in FIG. 10 with the substrate facing down, respectively. FIG. 1A is a perspective view from above of the aberration correction element according to the present invention, and FIG. 1B is a perspective view from the substrate side. FIG.1 (c) shows sectional drawing in the cross section AB in Fig.1 (a). The aberration correction element 1 includes a
基板35の一部は円形のキャビティ39を有する。キャビティ39の内部は基板を除く下部電極膜34a、圧電膜31、上部電極膜34b、膜厚調整層32、反射膜33だけから構成され、キャビティ以外の部分と比較して相対的に膜厚が非常に薄い薄膜となる。そのため、熱や圧電歪などによる応力により変形しやすい構造となっている。特に、製膜時に発生する内部応力によってキャビティ39内部の膜は図1(c)に示すように、初期状態として、ある形状に変形している。
A part of the
ビーム40は反射膜33によって反射される。一つの形態においては、光学系はこの初期状態において収差がなくなるように調整されている。次にこの状態から、光学ディスクの別の面で記録再生する場合は、光学ディスク保護層の厚みの差によって球面収差が発生するので、下部電極膜34aおよび上部電極膜34bに電圧を与えることにより圧電膜31に電界を与えると、圧電歪により曲率が減少するように変形し、球面収差が補正される。下部電極34a、圧電膜31、上部電極34b、反射膜33はすべて膜厚が均一な膜で形成されるが、膜厚調整層32は中央部で薄く、周辺部で厚い膜厚になっている。反射面は膜厚調整層32の厚み分布に従って変形しているだけではなく、膜厚調整層の厚み分布に対応する応力分布と、作製時に発生した各膜の内部応力とのバランスによって変形していることが従来の技術と異なる重要な差異である。
The
膜厚調整層と収差補正素子の初期形状について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図2は図1(c)を内部応力に関して簡略化した図である。図2に示すように、膜構成が下から、引張り膜41および圧縮膜の膜厚調整層32の二種類の内部応力を持つ膜で構成されているとする。すなわち、引張り膜41は収縮応力を、膜厚調整層は伸張応力を持つ。この場合、薄膜の円周付近では上側の膜が伸張し、下側の膜が収縮する結果、上に凸の曲げモーメントが働く。円周付近では薄膜は基板に固定されているので曲げモーメントの反力42が発生するが、円周から少し離れた曲げモーメントの他端ではその偶力43を受けて膜全体を下方向に押し下げる作用が働き、結果的に膜全体は下に凸な形状となる。
The embodiments of the present invention will be described in detail with respect to the initial shapes of the film thickness adjusting layer and the aberration correction element. FIG. 2 is a simplified view of FIG. 1C with respect to internal stress. As shown in FIG. 2, it is assumed that the film structure is composed of films having two types of internal stresses, ie, a
一方、中央部では、内部応力によって発生する曲げモーメントが上に凸であるが、膜全体が下に凸に変形するので、内部応力は膜全体の変形に対する抵抗力になっている。つまり、中央部では製作時に発生する内部応力が膜の変形を抑制している。そこで本発明を用いると、周辺部において中央部よりも膜厚が相対的に厚く、中央部で膜厚が相対的に薄いので、周辺部における圧縮力は相対的に大きくなり、膜の下方向への変形を助長する一方、中央部においては圧縮力が相対的に小さくなり、膜全体の変形に逆らう抵抗力が相対的に小さくなるので、やはり膜の下方向への変形を助長する。 On the other hand, in the central portion, the bending moment generated by the internal stress is convex upward, but since the entire film is deformed downward, the internal stress is a resistance force against the deformation of the entire film. That is, the internal stress generated at the time of manufacture suppresses the deformation of the film in the central portion. Therefore, when the present invention is used, the film thickness is relatively thicker in the peripheral part than in the central part, and the film thickness is relatively thin in the central part. On the other hand, the compressive force is relatively small in the central portion, and the resistance force against the deformation of the entire film is relatively small. Therefore, the deformation in the downward direction of the film is also promoted.
このように、本発明を用いることにより、中央部においても周辺部においても膜の下方向への変形を増長する効果を持つ。この効果は初期形状が平面である場合でも、曲面である場合でも同様に有効である。このように本発明を用いることにより、従来の技術よりも
大きな変形を得ることができる。
Thus, the use of the present invention has an effect of increasing the downward deformation of the film in both the central portion and the peripheral portion. This effect is equally effective whether the initial shape is a flat surface or a curved surface. As described above, by using the present invention, it is possible to obtain a larger deformation than the conventional technique.
本発明の別の実施の形態を図3に示す。図3においては、膜構成が下から、圧縮膜41、引張り膜の膜厚調整層32で構成されている。この場合、薄膜の円周付近では上側の膜が収縮し、下側の膜が伸張する結果、下に凸の曲げモーメントが働く。円周付近では薄膜は基板に固定されているので曲げモーメントの反力42が発生するが、円周から少し離れた曲げモーメントの他端ではその偶力43を受けて円周付近では膜全体を上方向に押し上げる作用が働き、結果的に膜全体は上に凸な形状となる。一方、中央部では、内部応力によって発生する曲げモーメントが下に凸であるが、膜全体が上に凸に変形するので、内部応力は膜全体の変形に対する抵抗力になっている。つまり、中央部では製作時に発生する内部応力が膜の変形を阻害している。そこで本発明を用いると、周辺部において中央部よりも膜厚が相対的に厚く、中央部で膜厚が相対的に薄いので、周辺部における収縮力は相対的に大きくなり、膜の上方向への変形を助長する一方、中央部においては収縮力が相対的に小さくなり、膜全体の変形に逆らう抵抗力が相対的に小さくなるので、やはり膜の上方向への変形を助長する。このように、本発明を用いることにより、上記の形態と同様、中央部においても周辺部においても膜の上方向への変形を増長する効果を持つ。この効果は初期形状が平面である場合でも、曲面である場合でも同様に有効である。このように本発明を用いることにより、従来の技術よりも大きな変形を得ることができる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 3, the film structure is composed of a
本発明の別の実施の形態を図4に示す。膜構成は、下から、引張り膜41および圧縮膜の膜厚調整層32で構成される。図2の説明と同様の理由により、膜全体は下に凸な形状となる。本発明のこの実施の形態においては、周辺部において中央部よりも膜厚が相対的に薄く、中央部で膜厚が相対的に厚いので、周辺部における圧縮力は相対的に小さくなり、膜の下方向への変形を抑制する一方、中央部においては圧縮力が相対的に大きくなり、膜全体の変形に逆らう抵抗力が相対的に大きくなるので、やはり膜の下方向への変形を抑制する。このように、本発明を用いることにより、中央部においても周辺部においても膜の下方向への変形を抑制する効果を持つ。このように本発明を用いることにより、内部応力による大きすぎる変形を抑制し、所望の形状を得ることができる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. The film configuration is composed of a
本発明の別の実施の形態を図5に示す。図5においては、膜構成が下から、圧縮膜41、引張り膜の膜厚調整層32で構成されている。この場合、図3の説明と同様の理由により、膜全体は上に凸な形状となる。そこで本発明を用いると、周辺部において中央部よりも膜厚が相対的に薄く、中央部で膜厚が相対的に厚いので、周辺部における収縮力は相対的に小さくなり、膜の上方向への変形を抑制する一方、中央部においては収縮力が相対的に大きくなり、膜全体の変形に逆らう抵抗力が相対的に大きくなるので、やはり膜の上方向への変形を抑制する。このように、本発明を用いることにより、上記の形態と同様、中央部においても周辺部においても膜の上方向への変形を抑制し、所望の形状を得ることができる。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 5, the film structure is composed of a
以上の説明においては、圧縮膜と引張り膜の二種の内部応力を持つ膜を単純に積層した例であったが、一般に、圧縮膜か引張り膜のどちらか片方から構成される場合や、圧縮膜と引張り膜が混合する場合も同じ考え方を適用することが可能である。 In the above explanation, a film having two types of internal stresses, a compression film and a tensile film, is simply laminated. However, in general, a case where the film is composed of either a compression film or a tension film, or a compression film is used. The same idea can be applied when a membrane and a tensile membrane are mixed.
収差補正素子を作製する場合、材料や作製条件は限られており、従来の技術では、平面しか作製できない場合も、このように、本発明によって膜厚調整層を用いることにより、大きく変形した形状を作製することができる。もちろん、従来の技術で変形形状を得ることができる場合にも、本発明を用いれば、さらに大きな変形が可能となる。このことは、収差補正素子の反射面の曲率を大きくできることを意味するので、収差の補正範囲が従来の技術に比べて大きくなるという効果がある。また、本発明を用いることにより、内部応力で大きくなりすぎる傾向がある場合にも、変形を抑制し、所望の形状を得ることができ
る。
In the case of manufacturing an aberration correction element, materials and manufacturing conditions are limited. Even in the case where only a flat surface can be manufactured with the conventional technology, a shape that is greatly deformed by using the film thickness adjusting layer according to the present invention is thus obtained. Can be produced. Of course, even when a deformed shape can be obtained by the conventional technique, a larger deformation is possible by using the present invention. This means that the curvature of the reflecting surface of the aberration correction element can be increased, and thus there is an effect that the aberration correction range becomes larger than that of the prior art. In addition, by using the present invention, even when there is a tendency to become too large due to internal stress, deformation can be suppressed and a desired shape can be obtained.
さらに、本発明は、初期形状を微調整する効果を有する。薄膜を用いた収差補正素子は本来それ自身を保持するために、周辺部を固定する必要がある。そのため、変形形状は必然的にガウシアン型の形状となる。しかしながら、たとえば球面収差を補正する場合には、収差補正素子の反射面は球面である必要があり、ガウシアン型状の反射膜の一部を球面にしなければならない。その場合にも、本発明を用いれば、膜厚調整層の形状を設計することにより、任意の初期形状を得ることが可能であり、自由に球面形状をつくることができる。さらに、膜厚調整層を設計して、ガウシアン形状のうちの多くの部分を球面にすることにより、素子の取り数を増やし、素子のコストを低減させることが可能である。初期形状を任意に設計することができれば、圧電膜に電界を与えた場合にも、その形状に基づいて変形するので、電圧のオン、オフにかかわらず、設計された形状を得ることができる。また、コマ収差など、球面収差以外の収差を補正する必要がある場合にも、本発明を用いれば、膜厚調整層を補正したい波面形状に合わせて設計することにより、補正が可能である。より一般的にはZernike展開の基底関数の相似形状に設計することにより、任意の収差の補正が可能である。 Furthermore, the present invention has the effect of finely adjusting the initial shape. In order to hold the aberration correction element using a thin film originally, it is necessary to fix the peripheral portion. Therefore, the deformed shape is inevitably a Gaussian shape. However, for example, when correcting spherical aberration, the reflection surface of the aberration correction element needs to be a spherical surface, and a part of the Gaussian-type reflective film must be a spherical surface. Even in such a case, if the present invention is used, an arbitrary initial shape can be obtained by designing the shape of the film thickness adjusting layer, and a spherical shape can be freely created. Furthermore, by designing the film thickness adjusting layer and making many portions of the Gaussian shape spherical, it is possible to increase the number of elements and reduce the cost of the elements. If the initial shape can be designed arbitrarily, even when an electric field is applied to the piezoelectric film, it is deformed based on the shape, so that the designed shape can be obtained regardless of whether the voltage is on or off. Further, when it is necessary to correct aberrations other than spherical aberration, such as coma, if the present invention is used, the thickness adjustment layer can be corrected by designing it according to the wavefront shape to be corrected. More generally, it is possible to correct arbitrary aberrations by designing in a shape similar to the basis function of Zernike expansion.
本発明による膜厚調整層の作製方法について説明する。半導体プロセスを用いる場合、まず従来の技術のように均一膜厚の膜を製膜しておき、レジストを塗布してから、バイナリマスクを複数回使用する多重露光により比較的荒い離散階調の曲面をもったレジストを作製することができる。最後にエッチングによりレジスト形状を転写することができる。より効果的な方法は、露光強度を変化させることができるグレースケール描画装置を用いてレジストをグレースケール露光することである。この方法では階調数を多くとることができるので離散的ではあるが、事実上連続的な曲面が得られる。また、レジストに直接描画する方法の他にも、透過率が離散的または事実上連続的に変化するグレースケールマスクを用いてレジストを露光することも可能である。この場合、縮小光学系を有するステッパーとともにグレースケールマスクを用いると、生産性が向上し、コストを安くすることができる。 A method for producing the film thickness adjusting layer according to the present invention will be described. When using a semiconductor process, first a film with a uniform film thickness is formed as in the prior art, a resist is applied, and then a curved surface with relatively rough discrete gradation by multiple exposure using a binary mask multiple times. It is possible to produce a resist having Finally, the resist shape can be transferred by etching. A more effective method is to perform gray scale exposure of the resist using a gray scale drawing apparatus capable of changing the exposure intensity. In this method, the number of gradations can be increased, so that although it is discrete, a substantially continuous curved surface can be obtained. In addition to the method of drawing directly on the resist, it is also possible to expose the resist using a gray scale mask whose transmittance changes discretely or virtually continuously. In this case, when a gray scale mask is used together with a stepper having a reduction optical system, productivity can be improved and cost can be reduced.
グレースケールレジストやグレースケールマスクを用いる方法とは別に、膜厚調整層をキャビティ側に設ける場合、キャビティの陰影効果を利用して膜厚調整層を作製することができる。凸な膜厚調整層を作製する場合、キャビティを形成した後、スパッタリング、蒸着、CVDなどを用いてキャビティ側から製膜することにより、キャビティの陰影効果により膜厚の不均一な膜を形成することができる。一方、凹な膜厚調整層を作製する場合も同様に、キャビティ側からRIE等のエッチングを行うことにより、キャビティの陰影効果により不均一な膜厚でエッチングすることができる。 In the case where the film thickness adjusting layer is provided on the cavity side separately from the method using the gray scale resist or the gray scale mask, the film thickness adjusting layer can be produced by utilizing the shadow effect of the cavity. When producing a convex film thickness adjusting layer, after forming the cavity, the film is formed from the cavity side using sputtering, vapor deposition, CVD, etc., thereby forming a film with a non-uniform film thickness due to the shadow effect of the cavity. be able to. On the other hand, in the case of forming a concave film thickness adjusting layer, similarly, by performing etching such as RIE from the cavity side, etching can be performed with a non-uniform film thickness due to the shadow effect of the cavity.
以下、本発明の一実施の形態について、図6を用いて説明する。図6は本発明による収差補正素子の断面図である。基板35は298μm厚のSiからなり、その両面の表層には、それぞれ1μm厚の熱酸化Si36が形成され、基板35は熱酸化Si36にはさまれた構造となっている。その基板35上に図面下から、下部電極膜34aのIr−Ti合金、0.2μm、圧電膜31のPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、2μm、上部電極膜34bのTi、0.2μmがスパッタリングにより、TiO2およびTnO2からなる誘電体多層膜による反射膜33の0.8μmが蒸着により順に積層される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of an aberration correction element according to the present invention. The
基板下部の熱酸化Si36、基板35、基板上部の熱酸化Si36の順にRIEにより一部除去して内径1.5mmの円形キャビティ39を形成した後、基板裏側からスパッタリングによって膜厚調整層32のSiO2を製膜した。膜厚調整層32はキャビティ39の陰影効果により、中央部が0.2μm、周辺部が0.8μmの略球面の凸形状となった。キャビティ39の内部は、膜厚調整層32、下部電極膜34a、圧電膜31、上部電極
膜34b、反射膜33だけの総厚が中央部で3.4μm、周辺部で4μmの薄膜から構成されている。膜厚調整層32の製膜前においては、キャビティ内部はほぼ平面であったが、エッチング後には上に凸に変形し、中央部での曲率半径が20mmであった。この収差補正素子に5Vの直流電圧を与えると、下方向へ変形し、曲率半径が220mmとなった。
A part of the thermally oxidized
本発明による別の実施の形態を図7に示す。図7は本発明による収差補正素子の断面図である。基板35は298μm厚のSiからなり、その両面の表層には、それぞれ1μm厚の熱酸化Si36が形成され、基板35は熱酸化Si36にはさまれた構造となっている。基板35の上に図面下から、下部電極膜34aのIr−Ti合金、0.1μm、圧電膜31のPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、2μm、上部電極膜34bのTi、0.4μmがスパッタリングにより、TiO2およびTnO2からなる誘電体多層膜による反射膜33、0.8μmが蒸着により順に積層される。基板下部の熱酸化Si36、基板35、基板上部の熱酸化Si36の順にRIEにより一部除去して内径1.5mmの円形キャビティ39を形成した。キャビティ形成後、新たに、キャビティ側からスパッタリングにより膜厚調整層32のSiO2を製膜した。キャビティによる陰影効果により、中央部が0.9μm、周辺部が0.1μmの略球面形状の膜厚調整層32が形成された。膜厚調整層32の製膜前においては、キャビティ内部は基板に対して下向きに変形し、中央部での曲率半径が200mmであったが、膜厚調整層32の製膜後にはさらに下に凸に変形し、中央部での曲率半径が32mmであった。直流電圧5Vを印加した場合、上方向に変形し、曲率は234mmに変化した。
Another embodiment according to the present invention is shown in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of an aberration correction element according to the present invention. The
本発明による別の実施の形態を図8に示す。図8は本発明による収差補正素子の断面図である。簡単のためキャビティ内部のみを図示する。基板35は278μm厚のSiからなり、その両面の表層には、それぞれ1μm厚の熱酸化Si36が形成され、基板35は熱酸化Si36にはさまれた構造となっている。その基板上に図面下から、下部電極膜34aのIr−Ti合金、0.2μm、圧電膜31のPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)1μm、上部電極膜34bのTi、0.1μmをスパッタリングにより、Agの反射膜33、1μmを蒸着により順に積層した。基板下部の熱酸化Si36および基板35をRIEにより一部除去し、基板上部の熱酸化Siは残して内径1.5mmの円形キャビティ39を形成した。キャビティ形成後、残した熱酸化Si上にレジストを塗布し、グレースケール露光装置により8階調の離散階調により凸形状の膜厚調整層32を形成した。
Another embodiment according to the present invention is shown in FIG. FIG. 8 is a sectional view of an aberration correction element according to the present invention. Only the inside of the cavity is shown for simplicity. The
図9は膜厚調整層32の作製後の厚み分布をコンター図で示した図である。膜厚調整層32は中央部において膜厚が1μm、周辺部において膜厚0.2μmであった。作製後の中央部での曲率半径が80mmであり、膜厚調整層32を形成しない場合、15mmであった曲率半径を低減することができ、設計通りの曲率にすることができた。
FIG. 9 is a contour diagram showing the thickness distribution after the film
以上、ビームが収差補正素子に垂直に入射する場合について説明したが、ビームが斜め入射する場合においても、収差補正素子の形状を楕円に変更することにより全く同じ議論ができ、いかなる角度のビーム入射に対しても本発明は好ましく適用される。また、反射面が凹面の例のみを示したが、光学系によっては凸面の反射面に対しても本発明は有効である。なお、上記の例は、好適な例を示したにすぎない。本発明を用いる限り、実用的ないかなる圧電膜31、弾性体を用いてもダイナミックな球面収差を効果的に補正することができる。たとえば、圧電膜31としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)をはじめ、水晶、LiNbO3、LiTaO3、KNbO3、ZnO、AlN、Pb(Zr,Ti)O3、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等を用いることができる。また、電極としてはNi、Ti、Cu、Cr、Au、Pt等を用いることができる。反射膜はSiO2、TiO2、TnO2などの酸化物を用いた誘電体多層膜の他、Au、Ag、Cuなど腐食性を考慮した貴金属、また、使うビーム波長の反射率に合わせたさまざまな選択が可能である。ダイ
アフラムの形状は円形の例を示したが、軸対称な多角形であればいかなる形状でも本発明の効果が得られる。なお、本実施の形態では、光ピックアップについて説明したが、その他の光学装置などにも当然応用が可能である。
As described above, the case where the beam is incident on the aberration correction element perpendicularly has been described, but even when the beam is incident obliquely, the same argument can be made by changing the shape of the aberration correction element to an ellipse, and the beam incident at any angle. The present invention is preferably applied to the above. Moreover, only the example in which the reflecting surface is concave has been shown, but the present invention is also effective for a convex reflecting surface depending on the optical system. The above example is only a preferable example. As long as the present invention is used, dynamic spherical aberration can be effectively corrected by using any practical
以上述べたように、本発明によれば、非常に小型で、省電力で、応答性にすぐれた、精度の高い球面収差補正を行うことができるので、CD/DVDドライブレコーダ、デコーダ、CD/DVDドライブなどに用いられる光学ピックアップ、特に、青色レーザーを用いた光学ピックアップや収差の補正が必要な光学装置に利用可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform highly accurate spherical aberration correction that is very small, power-saving, and excellent in responsiveness. Therefore, a CD / DVD drive recorder, decoder, CD / It can be used for an optical pickup used in a DVD drive or the like, in particular, an optical pickup using a blue laser or an optical apparatus that requires correction of aberration.
1 収差補正素子
11 光学ディスク
12 対物レンズ
13 1/4波長板
14 1/4波長板
15 偏光ビームスプリッター
16 受光素子
17 立ち上げミラー
18 光源
20 ドライバIC
21 演算装置
31 圧電膜
32 膜厚調整層
33 反射膜
34 電極膜
34a 下部電極膜
34b 上部電極膜
35 基板
36 熱酸化Si
37 電極パッド
38 電極パッド
39 キャビティ
40 ビーム
41 引張り膜
42 反力
43 偶力
50 光学ディスク基板
51 第一面
52 第二面
53 光学ディスク表面
54 電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
37
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