形状可変ミラー及び形状可変ミラーの製造方法
【課題】発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーであって、そのサイズを小型にできる形状可変ミラーを提供する。
【解決手段】
形状可変ミラーが備える支持基板には、分割された２つの領域７ａ、７ｂから成り、積層型の圧電アクチュエータ５と接合される導電性の接合部が設けられる。圧電アクチュエータ５の接合面５ａには、電気的に接続されない第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとに分断された第１の金属膜１１が設けられる。圧電アクチュエータ５の側面には、第１の共通電極１０ａと第１の領域１１ａとを、また、第２の共通電極１０ｂと第２の領域１１ｂとを、それぞれ電気的に接続する第２の金属膜１２が設けられる。圧電アクチュエータ５は、第１の金属膜１１の各領域１１ａ、１１ｂが、それぞれ、接合部の異なる領域７ａ、７ｂと電気的に接続するに接合部に配置される。
【解決手段】
形状可変ミラーが備える支持基板には、分割された２つの領域７ａ、７ｂから成り、積層型の圧電アクチュエータ５と接合される導電性の接合部が設けられる。圧電アクチュエータ５の接合面５ａには、電気的に接続されない第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとに分断された第１の金属膜１１が設けられる。圧電アクチュエータ５の側面には、第１の共通電極１０ａと第１の領域１１ａとを、また、第２の共通電極１０ｂと第２の領域１１ｂとを、それぞれ電気的に接続する第２の金属膜１２が設けられる。圧電アクチュエータ５は、第１の金属膜１１の各領域１１ａ、１１ｂが、それぞれ、接合部の異なる領域７ａ、７ｂと電気的に接続するに接合部に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ装置等の光学装置の光学系に備えられ、鏡面の形状を変形して、入射する光ビームの光学的歪みの補正等を行う形状可変ミラーの構造に関する。また、本発明は、形状可変ミラーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、その鏡面の形状を変形して、入射する光ビームの光学的歪み等を補正する形状可変ミラーについて種々の提案がなされており、光ピックアップ装置や画像処理装置等、幅広い分野で用いられている。
【０００３】
例えば、光ピックアップ装置の分野では、特許文献１や特許文献２に示すように、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）等の光ディスクの情報を読み書きする際に、光ディスクのディスク面が光軸に対して傾いた時に発生するコマ収差や、光ディスクの記録面を保護する透明樹脂（保護層）の厚みの違いが原因となって発生する球面収差といった波面収差の補正を行うために、形状可変ミラーが用いられている。
【０００４】
このような形状可変ミラーの構造としては、特許文献１のように圧電素子を使用したユニモルフ又はバイモルフ形状の形状可変ミラーや、特許文献２のように圧電膜等の薄膜を積層させて形成する形状可変ミラーが、従来、種々紹介されている。
【０００５】
その他の形状可変ミラーとしては、特許文献３に紹介されるように、柱状に形成される圧電素子（圧電アクチュエータ）の縦方向（上下方向）の伸縮を利用して、鏡面を変形させる形状可変ミラーがある。そして、圧電素子の縦方向の伸縮を利用して鏡面を変形させる形状可変ミラーは、その製造のし易さ等に利点があり、また、特許文献２のように、薄膜を積層させて形成する形状可変ミラーに比べて、コスト面において有利である等の利点も有する。
【０００６】
また、圧電素子の縦方向の伸縮を利用する場合、特許文献３にも示されているが、圧電素子の構成を積層型の圧電アクチュエータ（層状の圧電体と層状の内部電極とが交互に積層されて成るもの；特許文献４も参照）とすると、発生力を大きくできるため、特許文献１や特許文献２の構成の形状可変ミラーに比べて、鏡面の変形を大きくできるといった利点も有する。
【０００７】
しかしながら、特許文献３に示すような構成で、積層型の圧電アクチュエータを用いる構成とすると、圧電アクチュエータに電圧を印加するために設けられる配線が複雑となり、その取り付け作業が難しくなるといった問題があった。そして、特に、光ピックアップ装置の光学系等、形状可変ミラーのサイズが小型であることが要求される場合には、配線の形成が困難を極め、実質的に積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを適用できないといった問題もあった。
【特許文献１】特開２００４−１０９５６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６８５９号公報
【特許文献３】特開平５−３３３２７４号公報
【特許文献４】特開２００３−１５９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーであって、そのサイズを小型にでき、圧電アクチュエータに電圧を印加するための配線形成が容易である形状可変ミラーを提供することである。また、本発明の他の目的は、発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを容易に形成できる形状可変ミラーの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、支持基板と、該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように、前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーにおいて、前記支持基板には、分割された２つの領域から成り、前記圧電アクチュエータと接合する導電性の接合部が少なくとも１つ形成され、前記圧電アクチュエータの接合面上には、電気的に接続されない第１の領域と第２の領域とに分断される第１の金属膜が設けられ、前記圧電アクチュエータの前記側面上には、前記第１の共通電極と前記第１の領域とを、また、前記第２の共通電極と前記第２の領域とを、それぞれ電気的に接続する第２の金属膜が設けられることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とは同一の材質であることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記支持基板には、前記接合部の分割された２つの領域のそれぞれから引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンが形成されることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記第１の金属膜は、熱を加えて圧着することにより、前記圧電アクチュエータと前記接合部とを接合する接合膜として機能することを特徴としている。
【００１３】
また、上記目的を達成するために本発明は、前記第１の金属膜は、Ａｕの膜であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーの製造方法において、支持基板と、該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記支持基板上に層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーの製造方法であって、前記支持基板に、２つの領域に分割され、前記圧電アクチュエータと接合される導電性の接合部を少なくとも１つ形成する第１の工程と、前記圧電アクチュエータの側面に設けられる第１及び第２の共通電極と、前記圧電アクチュエータの前記接合部と接合される接合面と、が電気的に接続されるように、且つ前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とが電気的に接続されないように、前記接合面上と前記側面上とに金属膜を設ける第２の工程と、前記第２の工程の処理が行われた前記圧電アクチュエータを、前記第１の工程で得られた前記接合部上に配置し、加熱状態で圧着して前記接合部と接合する第３の工程と、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーの製造方法において、前記第１の工程で、前記接合部の形成とともに、前記接合部のそれぞれの領域から引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンを形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の構成によれば、圧電アクチュエータに電圧を印加するためのプラスとマイナスの２つの電極について、支持基板上のみで取り出しが可能となるために、形状可変ミラーの鏡面を変形させるために、いわゆる積層型の圧電アクチュエータを用いた場合について、配線を複雑とせずに簡易なものとできる。このため、支持基板とミラー基板との間にワイヤ状の配線が設けられることもなく、圧電アクチュエータの支持基板上に設けられる素子を高密度に配置することが可能となり、形状可変ミラーの小型化を図ることが可能となる。また、配線が複雑とならないので、形状可変ミラーの製造時の作業負担を軽減できる。
【００１７】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の形状可変ミラーにおいて、圧電アクチュエータの支持基板と接合される接合面に形成される第１の金属膜と、第１の金属膜と圧電アクチュエータの側面に形成される共通電極とを接続する第２の金属膜が同一の材質から成るために、第１の金属膜と第２の金属膜とを形成する作業効率を向上することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の形状可変ミラーにおいて、支持基板に形成される導電性の接合部の形成と同時に、外部からの給電を可能とする配線パターンの形成もできるため、製造時の作業効率を向上できる。
【００１９】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第１から第３のいずれかの構成の形状可変ミラーにおいて、形状可変ミラーを構成する圧電アクチュエータを、圧電アクチュエータに形成される金属膜を接合膜として支持基板に接合できるために、形状可変ミラーの形成に際し、各部の接合を接着剤によらず、全て金属膜を用いた熱圧着による接合に統一できる。すなわち、形状可変ミラーを形成する際の接合層をいずれも薄くでき、これにより、変形量の大きな形状可変ミラーを得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の形状可変ミラーにおいて、Ａｕを金属膜として用いているために、圧電アクチュエータと支持基板の接合を、接合強度の強い接合とでき、形状可変ミラーの破壊が起き難い、信頼性の高い形状可変ミラーの提供が可能となる。
【００２１】
また、本発明の第６の構成によれば、積層型の圧電アクチュエータに電圧を印加するためのプラスとマイナスの２つの電極について、支持基板上のみで取り出しが可能となり、更には、ワイヤ（リード線）を用いた配線も不要であるために、積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを製造する際の作業負担が低減される。また、ワイヤ（リード線）を用いた配線が不要であることから、支持基板上の素子の高密度化が可能となり、光ピックアップ装置の小型化を可能とする。
【００２２】
また、本発明の第７の構成によれば、上記第６の構成の形状可変ミラーの製造方法において、支持基板上に設けられる導電性の接合部の形成と同時に、外部からの給電を可能とする配線パターンの形成もできるため、製造時の作業効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。また、図面中の各部材の大きさや厚み等は理解を容易にする目的のためのものであり、実際の構成とは必ずしも一致しない。
【００２４】
（形状可変ミラーの構成）
図１は、本発明の形状可変ミラーの実施形態を示す図で、形状可変ミラーを構成するミラー基板が接合される前の状態を示す概略斜視図である。図２は、本実施形態の形状可変ミラーが備える支持基板の構成を示す平面図である。図３は、図１のミラー基板が接合された形状可変ミラーについて、図１のＡ−Ａの位置で切った形状可変ミラーの概略断面図である。主に、この図１から図３を参照しながら、本実施形態の形状可変ミラーの構成について説明する。
【００２５】
１は、形状可変ミラーであり、その鏡面を変形可能に設けられ、入射する光ビームの光学的な歪みを補正する場合等に用いられる。この形状可変ミラー１は、支持基板２と、支持基板２と対向して設けられるミラー基板３と、支持基板２上に設けられてミラー基板３を固定する固定部材４と、支持基板２上に設けられて、その伸縮によりミラー基板３を突き上げて鏡面３ａを変形可能とする圧電アクチュエータ５と、を備える。以下、各部について詳細に説明する。
【００２６】
支持基板２は、固定部材４及び圧電アクチュエータ５を支持する役割を果たす。支持基板２は、絶縁性の部材で構成され、例えば、ガラスやセラミックス等で形成される。支持基板２上には、図２に示されるように、導電性を有する部材から成る配線パターン６と、圧電アクチュエータ５と接合する接合部７と、が設けられる。本実施形態においては、配線パターン６及び接合部７は、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。
【００２７】
接合部７は、分割された２つの領域から成り、お互いは電気的に接続されていない。接合部７を２つの領域に分割する理由については後述する。また、配線パターン６は、接合部７の分割された領域のそれぞれから引き出されている。この配線パターン６は、外部から圧電アクチュエータ５への給電を可能とする。
【００２８】
なお、本実施形態では、導電性を有する部材としてシリコンを選択して、配線パターン６と接合部７とを形成しているが、配線パターン６と接合部７とは、導電性の部材で形成されれば良く、絶縁性の支持基板２上に金属でパターン形成する構成等としても、もちろん構わない。
【００２９】
ミラー基板３は、支持基板２と略平行に対向配置され、支持基板２と対向する面と反対側の面に鏡面３ａが形成されている。このミラー基板３は、圧電アクチュエータ５の伸縮に伴って変形し、それに伴って鏡面３ａを変形する構成であるために、その厚みを薄く形成する必要がある。また、ミラー基板３は圧電アクチュエータ５の伸縮に伴う変形で破壊されるようでは困るために、剛性を有する物質で形成される必要がある。このような点を考慮して、本実施形態においては、このミラー基板３をシリコン（Ｓｉ）基板によって形成しており、シリコン基板の厚さは１００μｍ程度としている。
【００３０】
なお、本実施形態においては、ミラー基板３を構成する物質としてシリコンを用いているが、これに限定される趣旨ではなく、薄くすることが可能で、剛性を有する物質であれば、他の物質でも構わない。また、シリコン基板３の厚さは、本実施形態の厚さによらず、その目的等に応じて変更可能である。
【００３１】
ミラー基板３の鏡面３ａは、ミラー基板３上にアルミニウム（Ａｌ）の層を形成することにより得ている。Ａｌの層の形成は、蒸着法やスパッタリング法等の方法で形成される。なお、鏡面３ａは、アルミニウムに限らず、形状可変ミラー１の鏡面３ａに入射する光ビームの反射光について所望の反射率を得られる物質であれば、例えば金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等、種々の変更が可能である。また、本実施形態においては、ミラー基板３の上面全体を鏡面３ａとする構成としているが、これに限定されず、入射する光ビームの入射径を考慮して、鏡面３ａの領域を決定し、その部分にのみ反射層を形成する構成等としても構わない。
【００３２】
また、ミラー基板３の支持基板２と対向する面には、図３に示すように、圧電アクチュエータ５と接触する凸部３ｂが設けられている。これは、圧電アクチュエータ５の伸縮によってミラー基板３に加えられる力を効率良く伝達するためのものである。この凸部３ｂの形成は、例えばエッチング処理によって行われる。なお、本実施形態では凸部３ｂを形成する構成としているが、もちろん、凸部３ｂを設けない構成としても構わない。
【００３３】
固定部材４は、支持基板２上に配置されてミラー基板３を固定する役割を果たす。本実施形態においては、固定部材４は、ミラー基板３を、その四隅と、矩形に形成されるミラー基板３の外周側各辺の中央部（四隅に配置される固定部材４のうちの２つに挟まれる位置）と、の計８箇所で支持している。なお、固定部材４の配置については、本実施形態の構成に限定される趣旨ではなく、ミラー基板３の外周側を確実に固定できる構成であれば、種々の変更が可能である。
【００３４】
この固定部材４は、例えば、ガラスやセラミックス等で形成される。固定部材４の支持基板２への接合、及び固定部材４とミラー基板３との接合は、いずれも、その間に接合層となるＡｕ層を介在させ、例えば４００℃から５５０℃の間の高温下、圧力を加えて接合する方式によって行っている。なお、接合層は、Ａｕ層に限らず他の金属層でも構わず、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金の層等としても構わない。また、これらの接合を、接着剤を用いて行う構成としても構わない。
【００３５】
圧電アクチュエータ５は、電圧を印加することにより伸縮し、これによりミラー基板３と伴に鏡面３ａを変形可能とする。圧電アクチュエータ５は、支持基板２上に配置されるが、ミラー基板３の外周側に配置されてミラー基板３を固定する固定部材４よりも内側に配置される。
【００３６】
そして、支持基板２上に十字方向に４つ配置され、更に、向かい合う圧電アクチュエータ５同士が、鏡面３ａの中心を通り鏡面３ａと直交する軸に対して対称位置となるように配置されている。このように圧電アクチュエータ５を配置するのは、圧電アクチュエータ５の数を多くしすぎず、鏡面３ａの変形をバランス良く行い易いからである。ただし、圧電アクチュエータ５の配置及び数は、この構成に限定される趣旨ではなく、ミラー基板３の鏡面３ａをその目的に応じて変形することができれば良く、種々の変更が可能である。
【００３７】
また、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５はミラー基板３と接合されず、ミラー基板３に形成される凸部３ｂと接触するように配置される。圧電アクチュエータ５をミラー基板３と接合しない理由は、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とを接合した場合にミラー基板３の鏡面３ａに発生する歪みをできる限り低減する狙いからである。
【００３８】
この圧電アクチュエータ５は、いわゆる積層型の圧電アクチュエータである。図４は、本実施形態の圧電アクチュエータ５の構成を示す概略断面図である。なお、図４においては、圧電アクチュエータ５が接合される接合部７（接合部７を形成する２つの領域７ａ、７ｂ）についても示している。
【００３９】
図４に示すように、圧電アクチュエータ５は、層状の圧電体８と層状の内部電極９とが交互に積層される構成となっている。内部電極９には、内部電極９ａと内部電極９ｂとの２種類があり、それぞれ、圧電アクチュエータ５の対向する２つの側面にそれぞれ設けられる、第１の共通電極１０ａ、第２の共通電極１０ｂに接続される。すなわち、圧電アクチュエータ５に設けられる内部電極９は、交互に異なる極（プラス極とマイナス極）と成るように形成されている。
【００４０】
また、内部電極９ａ、９ｂの間に挟まれる圧電体８は、図４に矢印で示す方向に分極するように、分極処理されている。なお、ここで言う分極処理とは、温度を加えながら、直流強電界を印加して、圧電体８内部の電気双極子を一定方向に揃えて、圧電活性を与えることを指す。
【００４１】
図４に示されるように、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体８は、交互に分極方向が逆となるように配置されている。このように構成することで、交互にプラス極とマイナス極となる内部電極９に電圧を印加した場合に（第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂに、いずれか一方がプラス極、他方がマイナス極となるように電圧を印加する）、各圧電体８がいずれも伸びるか、いずれも縮むか、のどちらかとなる。すなわち、この構成により、公知のように低い駆動電力で、大きな変位を得る（大きな発生力を得る）ことが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体８のうち、上端及び下端の圧電体８は分極処理されていない。これは、圧電アクチュエータ５の上端及び下端が、導電性の部材と接触することを考慮するものである。この点、本実施形態においては、特に、下端の圧電体８を分極処理しない構成とする点で重要であり、その理由については後述する。
【００４３】
圧電体８を構成する部材としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3）のような圧電セラミックスであれば、その種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、圧電特性が優れるチタン酸ジルコン酸鉛を用いている。
【００４４】
このように形成される積層型の圧電アクチュエータ５では、その側面に形成される第１の共通電極１０ａ及び第２の共通電極１０ｂから配線を引き出す必要があるが、本発明の形状可変ミラー１では、支持基板２上に配置する固定部材４や圧電アクチュエータ５といった素子を高密度に配置できるように、更には、配線を形成する作業が形状可変ミラー１を製造する際に負担とならないように工夫されている。
【００４５】
圧電アクチュエータ５の支持基板２との接合面５ａには、第１の金属膜１１が設けられている。そして、第１の金属膜１１は、本実施形態においては、図４に示すように、接合面５ａの中央部において分断されて、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとを形成している。なお、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとは、電気的に接続されていない。そして、第１の領域１１ａは、第２の金属膜１２によって、第１の共通電極１０ａと電気的に接続され、第２の領域１１ｂは、第２の金属膜１２によって、第２の共通電極１０ｂと電気的に接続されている。
【００４６】
上述のように圧電アクチュエータ５は、支持基板２に設けられる接合部７上に配置されるが、第１の金属膜１１における第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとが、２つの領域７ａ、７ｂから成る接合部７のそれぞれ異なる領域と接合するように配置される。このため、第１の共通電極１０ａは、第１の金属膜１１及び第２の金属膜１２を介して導電性の部材で形成される接合部７の領域７ａと電気的に接続される。また、第２の共通電極１０ｂは、第１の金属膜１１及び第２の金属膜１２を介して導電性の部材で形成される接合部７の領域７ｂと電気的に接続される。なお、接合部７の２つの領域７ａ、７ｂは、上述したように電気的に接続されていないために、第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂとはショートしていない。
【００４７】
以上により、本実施形態の形状可変ミラー１においては、支持基板２に設けられる接合部７で、圧電アクチュエータ５に電圧を印加するためのプラス極とマイナス極との両方を取り出すことが可能となっている。そして、接合部７のそれぞれの領域７ａ、７ｂからは、配線パターン６が引き出されて、外部からの給電が可能となっている。従って、従来のように、圧電アクチュエータ５に配線を半田付けやワイヤボンディングによって配線処理する必要がなく、配線の構成が複雑とならず、形状可変ミラー１の製造作業負担を低減でき、更には配線によって占められる空間をなくせるために、支持基板２上に高密度に固定部材４及び圧電アクチュエータ５を配置でき、形状可変ミラー１の小型化が可能となる。
【００４８】
なお、接合部７からの配線の引き出しは、本実施形態のように、支持基板２のミラー基板３と対向する面に配線パターン６を形成する構成でなく、接合部７に貫通穴を設けて、この部分に配線を形成する構成等としても構わない。ただし、支持基板２の接合部７が形成される面と同一面に、配線パターン６も形成する構成とする方が、接合部７と配線パターン６とを効率良く形成できて好ましい。
【００４９】
また、本実施形態においては、第１の金属膜１１として、金（Ａｕ）の金属膜を用いており、この第１の金属膜１１の存在により、圧電アクチュエータ５と接合部７とは、後述する熱圧着の方式によって接合可能となっている。このため、圧電アクチュエータ５の電極の取り出しを圧電アクチュエータ５の接合と同時に行うことができるという利点も有している。
【００５０】
なお、本実施形態においては、第１の金属膜１１にＡｕの膜を用いているが、これに限定される趣旨ではなく、圧電アクチュエータ５と接合部７とを熱圧着できる金属であれば他の金属膜でも構わず、例えば、金と錫の合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）等とすることも可能である。
【００５１】
また、圧電アクチュエータ５と接合部７との接合を熱圧着方式によらず行えるように、圧電アクチュエータ５と接合部７との間に導電性の接着剤を用いる構成としても構わず、この場合にも、圧電アクチュエータ５の電極の取り出しを圧電アクチュエータ５の接合と同時に行うことができるという利点を有する。そして、この場合には、第１の金属膜１１は、熱圧着できる金属膜でなくても良い。
【００５２】
また、本実施形態では、第２の金属膜１２についてもＡｕの膜を用いている。これは、第１の金属膜１１と第２の金属膜１２とで同一の材質とした方が、製造が容易となる点を考慮したものである。なお、作業効率は悪くなるが、もちろん、第２の金属膜１２を第１の金属膜１１と異なる種類の金属膜としても構わない。
【００５３】
また、上述したように、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体８のうち、接合部７と接合される位置に配置される圧電体８（下端の圧電体８）は、分極処理さていない。これは、本実施形態の構成の場合、下端の圧電体８は内部電極９ａと、互いに異なる極となる第１の共通電極１０ａ又は第２の共通電極１０ｂと接続される接合部７の２つの領域７ａ、７ｂと、の間に挟まれるために、この部分の圧電体８を分極処理していると、積層型の圧電アクチュエータ５に電圧を印加した場合に、下端の圧電体８において伸縮しない部分と伸縮する部分が発生し、圧電アクチュエータ５の伸縮方向に傾きが生じるといった悪影響を及ぼすことが考えられるためである。
【００５４】
（形状可変ミラーの動作）
このように構成される形状可変ミラー１の動作について説明する。図５は、図３に示す形状可変ミラー１について、圧電アクチュエータ５が伸びた状態を示す図である。図５に示すように、圧電アクチュエータ５が伸びた場合、ミラー基板３が持ち上げられて、鏡面３ａが変形する。一方、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とは接合されていないために、ミラー基板３は変形しない。なお、図５においては、左右の圧電アクチュエータ５に同一の電圧が印加されて、同じように伸びた状態を示しているが、所望の鏡面３ａの変形が得られるように、各圧電アクチュエータ５に印加される電圧はそれぞれ別々に制御され、異なる電圧が印加されることもある。
【００５５】
また、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５が縮んだ場合には、鏡面３ａが変形しない構成としているが、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とを接合することにより、圧電アクチュエータ５の伸縮とともにミラー基板３の鏡面３ａが変形する構成としても、もちろん構わない。
【００５６】
（形状可変ミラーの製造方法）
次に、本実施形態の形状可変ミラーの製造方法について説明する。まず、ガラスにシリコンを接合して支持基板２が形成される。支持基板２を構成するシリコンは、例えば、エッチングやサンドブラストによる処理が施されて、接合部７及び接合部７から引き出される配線パターン６となる部分を除いて除去される。
【００５７】
公知の方法により作製された圧電アクチュエータ５の接合面５ａに第１の金属膜１１（Ａｕの膜）が、例えば、蒸着法やスパッタリング法によって形成される。この際、第１の金属膜１１における第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとが、ショートしないように、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとの間に隙間を形成する。隙間の形成は、隙間を作製したい部分にマスクを施して蒸着を行う等の方法により行われる。
【００５８】
次に、圧電アクチュエータ５の側面の第１の共通電極１０ａ及び第２の共通電極１０ｂとが、第１の金属膜１１と電気的に接続されるように、圧電アクチュエータ５の側面に形成される第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂとが第２の金属膜１２（Ａｕの膜）によって、例えば、蒸着法やスパッタリング法によって覆われる。
【００５９】
なお、本実施形態では、図４に示すように、第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂとについて、第２の金属膜１２によって、その全体が覆われる構成となっているが、これに限らず、第２の金属膜１２は、第１の共通電極１０ａと第１の領域１１ａとを、また、第２の共通電極１０ｂと第２の領域１１ｂとを、を電気的に接続できる程度に、圧電アクチュエータ５の側面に設けられれば良い。
【００６０】
次に、高さの調整された固定部材４及び圧電アクチュエータ５を支持基板２上に、熱圧着方式により接合する。熱圧着方式による接合は、各部材の接合したい部分にＡｕの膜を、例えば蒸着法やスパッタリング法により形成（圧電アクチュエータ５には先に示した工程で金属膜が形成されている）し、その後、加熱状態（例えば、４００℃〜５５０℃）で、固定部材４及び圧電アクチュエータ５に所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）を加えることにより行われる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、熱圧着を行うためにＡｕの膜を形成する構成としているが、これに限定されず、例えば金と錫の合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）を用いる構成等としても構わない。ただし、Ａｕの膜を用いた場合には、接合強度が増すために、Ａｕの膜を用いて熱圧着するのが好ましい。
【００６２】
次に、ミラー基板３の鏡面３ａが形成される面の反対側に、Ａｕの膜が例えば、蒸着法やスパッタリング法によって形成された後、ミラー基板３と固定部材４との接合が、加熱状態（例えば、４００℃〜５５０℃）で、固定部材４に所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）を加えることにより行われる。この場合においても、熱圧着は、Ａｕの膜でなく、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金の膜を用いて行っても構わない。
【００６３】
以上で、本実施形態の形状可変ミラーの製造が完了するが、形状可変ミラー１の製造方法はこれに限定される趣旨ではなく、種々の変更が可能である。この点、例えば、固定部材４と支持基板２、固定部材４とミラー基板３、圧電アクチュエータ５と支持基板２（支持基板２の接合部７）の接合は、本実施形態では、熱圧着により方式としているが、接着剤による構成等としても構わない。ただし、ミラー基板３と固定部材４との接合は、ミラー基板３を効率良く変形させる等の理由で、薄い接合膜を形成できる熱圧着方式の接合が好ましく、このことから、各部材の接合は全て熱圧着方式によるのが好ましい。
【００６４】
（その他）
以上に示した実施形態では、形状可変ミラー１は、図１に示すように全体の形状が矩形状であるが、特にこの形状に制限されるものでなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で変更が可能である。例えば、支持基板２やミラー基板３等が円形に構成されていても構わない。また、固定部材４や圧電アクチュエータ５の形状も本実施形態の形状に限定されず、例えば、円柱状等としても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の形状可変ミラーは、発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを小型化することが可能で、更に、その構成により、製造時の作業負担を低減することが可能である。このため、鏡面の変形量が大きく、小型な形状可変ミラーを必要とする光学装置に対して特に有用であり、例えば、光ピックアップ装置、ビデオプロジェクタ、デジタルカメラ等に、特に有用である。
【００６６】
また、本発明の形状可変ミラーの製造方法によれば、積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーの製造時の作業負担が軽減できるために、積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーの製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、本実施形態の形状可変ミラーの構成を示す図で、形状可変ミラーを構成するミラー基板が接合される前の状態を示した概略斜視図である。
【図２】は、本実施形態の形状可変ミラーが備える支持基板の構成を示す平面図である。
【図３】は、図１の形状可変ミラーが組立てられた状態において、図１のＡ−Ａで切った概略断面図である。
【図４】は、本実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す概略断面図である。
【図５】は、図３に示す形状可変ミラーについて、圧電アクチュエータが伸びた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 形状可変ミラー
２ 支持基板
３ ミラー基板
３ａ 鏡面
４ 固定部材
５ 圧電アクチュエータ
５ａ 圧電アクチュエータの接合面
６ 配線パターン
７ 接合部
８ 圧電体
９ 内部電極（層状の電極）
１０ａ 第１の共通電極
１０ｂ 第２の共通電極
１１ 第１の金属膜
１１ａ 第１の領域
１１ｂ 第２の領域
１２ 第２の金属膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ装置等の光学装置の光学系に備えられ、鏡面の形状を変形して、入射する光ビームの光学的歪みの補正等を行う形状可変ミラーの構造に関する。また、本発明は、形状可変ミラーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、その鏡面の形状を変形して、入射する光ビームの光学的歪み等を補正する形状可変ミラーについて種々の提案がなされており、光ピックアップ装置や画像処理装置等、幅広い分野で用いられている。
【０００３】
例えば、光ピックアップ装置の分野では、特許文献１や特許文献２に示すように、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）等の光ディスクの情報を読み書きする際に、光ディスクのディスク面が光軸に対して傾いた時に発生するコマ収差や、光ディスクの記録面を保護する透明樹脂（保護層）の厚みの違いが原因となって発生する球面収差といった波面収差の補正を行うために、形状可変ミラーが用いられている。
【０００４】
このような形状可変ミラーの構造としては、特許文献１のように圧電素子を使用したユニモルフ又はバイモルフ形状の形状可変ミラーや、特許文献２のように圧電膜等の薄膜を積層させて形成する形状可変ミラーが、従来、種々紹介されている。
【０００５】
その他の形状可変ミラーとしては、特許文献３に紹介されるように、柱状に形成される圧電素子（圧電アクチュエータ）の縦方向（上下方向）の伸縮を利用して、鏡面を変形させる形状可変ミラーがある。そして、圧電素子の縦方向の伸縮を利用して鏡面を変形させる形状可変ミラーは、その製造のし易さ等に利点があり、また、特許文献２のように、薄膜を積層させて形成する形状可変ミラーに比べて、コスト面において有利である等の利点も有する。
【０００６】
また、圧電素子の縦方向の伸縮を利用する場合、特許文献３にも示されているが、圧電素子の構成を積層型の圧電アクチュエータ（層状の圧電体と層状の内部電極とが交互に積層されて成るもの；特許文献４も参照）とすると、発生力を大きくできるため、特許文献１や特許文献２の構成の形状可変ミラーに比べて、鏡面の変形を大きくできるといった利点も有する。
【０００７】
しかしながら、特許文献３に示すような構成で、積層型の圧電アクチュエータを用いる構成とすると、圧電アクチュエータに電圧を印加するために設けられる配線が複雑となり、その取り付け作業が難しくなるといった問題があった。そして、特に、光ピックアップ装置の光学系等、形状可変ミラーのサイズが小型であることが要求される場合には、配線の形成が困難を極め、実質的に積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを適用できないといった問題もあった。
【特許文献１】特開２００４−１０９５６２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６８５９号公報
【特許文献３】特開平５−３３３２７４号公報
【特許文献４】特開２００３−１５９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーであって、そのサイズを小型にでき、圧電アクチュエータに電圧を印加するための配線形成が容易である形状可変ミラーを提供することである。また、本発明の他の目的は、発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを容易に形成できる形状可変ミラーの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、支持基板と、該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように、前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーにおいて、前記支持基板には、分割された２つの領域から成り、前記圧電アクチュエータと接合する導電性の接合部が少なくとも１つ形成され、前記圧電アクチュエータの接合面上には、電気的に接続されない第１の領域と第２の領域とに分断される第１の金属膜が設けられ、前記圧電アクチュエータの前記側面上には、前記第１の共通電極と前記第１の領域とを、また、前記第２の共通電極と前記第２の領域とを、それぞれ電気的に接続する第２の金属膜が設けられることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とは同一の材質であることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記支持基板には、前記接合部の分割された２つの領域のそれぞれから引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンが形成されることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーにおいて、前記第１の金属膜は、熱を加えて圧着することにより、前記圧電アクチュエータと前記接合部とを接合する接合膜として機能することを特徴としている。
【００１３】
また、上記目的を達成するために本発明は、前記第１の金属膜は、Ａｕの膜であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーの製造方法において、支持基板と、該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記支持基板上に層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーの製造方法であって、前記支持基板に、２つの領域に分割され、前記圧電アクチュエータと接合される導電性の接合部を少なくとも１つ形成する第１の工程と、前記圧電アクチュエータの側面に設けられる第１及び第２の共通電極と、前記圧電アクチュエータの前記接合部と接合される接合面と、が電気的に接続されるように、且つ前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とが電気的に接続されないように、前記接合面上と前記側面上とに金属膜を設ける第２の工程と、前記第２の工程の処理が行われた前記圧電アクチュエータを、前記第１の工程で得られた前記接合部上に配置し、加熱状態で圧着して前記接合部と接合する第３の工程と、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、上記構成の形状可変ミラーの製造方法において、前記第１の工程で、前記接合部の形成とともに、前記接合部のそれぞれの領域から引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンを形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の構成によれば、圧電アクチュエータに電圧を印加するためのプラスとマイナスの２つの電極について、支持基板上のみで取り出しが可能となるために、形状可変ミラーの鏡面を変形させるために、いわゆる積層型の圧電アクチュエータを用いた場合について、配線を複雑とせずに簡易なものとできる。このため、支持基板とミラー基板との間にワイヤ状の配線が設けられることもなく、圧電アクチュエータの支持基板上に設けられる素子を高密度に配置することが可能となり、形状可変ミラーの小型化を図ることが可能となる。また、配線が複雑とならないので、形状可変ミラーの製造時の作業負担を軽減できる。
【００１７】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の形状可変ミラーにおいて、圧電アクチュエータの支持基板と接合される接合面に形成される第１の金属膜と、第１の金属膜と圧電アクチュエータの側面に形成される共通電極とを接続する第２の金属膜が同一の材質から成るために、第１の金属膜と第２の金属膜とを形成する作業効率を向上することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の形状可変ミラーにおいて、支持基板に形成される導電性の接合部の形成と同時に、外部からの給電を可能とする配線パターンの形成もできるため、製造時の作業効率を向上できる。
【００１９】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第１から第３のいずれかの構成の形状可変ミラーにおいて、形状可変ミラーを構成する圧電アクチュエータを、圧電アクチュエータに形成される金属膜を接合膜として支持基板に接合できるために、形状可変ミラーの形成に際し、各部の接合を接着剤によらず、全て金属膜を用いた熱圧着による接合に統一できる。すなわち、形状可変ミラーを形成する際の接合層をいずれも薄くでき、これにより、変形量の大きな形状可変ミラーを得ることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の形状可変ミラーにおいて、Ａｕを金属膜として用いているために、圧電アクチュエータと支持基板の接合を、接合強度の強い接合とでき、形状可変ミラーの破壊が起き難い、信頼性の高い形状可変ミラーの提供が可能となる。
【００２１】
また、本発明の第６の構成によれば、積層型の圧電アクチュエータに電圧を印加するためのプラスとマイナスの２つの電極について、支持基板上のみで取り出しが可能となり、更には、ワイヤ（リード線）を用いた配線も不要であるために、積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを製造する際の作業負担が低減される。また、ワイヤ（リード線）を用いた配線が不要であることから、支持基板上の素子の高密度化が可能となり、光ピックアップ装置の小型化を可能とする。
【００２２】
また、本発明の第７の構成によれば、上記第６の構成の形状可変ミラーの製造方法において、支持基板上に設けられる導電性の接合部の形成と同時に、外部からの給電を可能とする配線パターンの形成もできるため、製造時の作業効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。また、図面中の各部材の大きさや厚み等は理解を容易にする目的のためのものであり、実際の構成とは必ずしも一致しない。
【００２４】
（形状可変ミラーの構成）
図１は、本発明の形状可変ミラーの実施形態を示す図で、形状可変ミラーを構成するミラー基板が接合される前の状態を示す概略斜視図である。図２は、本実施形態の形状可変ミラーが備える支持基板の構成を示す平面図である。図３は、図１のミラー基板が接合された形状可変ミラーについて、図１のＡ−Ａの位置で切った形状可変ミラーの概略断面図である。主に、この図１から図３を参照しながら、本実施形態の形状可変ミラーの構成について説明する。
【００２５】
１は、形状可変ミラーであり、その鏡面を変形可能に設けられ、入射する光ビームの光学的な歪みを補正する場合等に用いられる。この形状可変ミラー１は、支持基板２と、支持基板２と対向して設けられるミラー基板３と、支持基板２上に設けられてミラー基板３を固定する固定部材４と、支持基板２上に設けられて、その伸縮によりミラー基板３を突き上げて鏡面３ａを変形可能とする圧電アクチュエータ５と、を備える。以下、各部について詳細に説明する。
【００２６】
支持基板２は、固定部材４及び圧電アクチュエータ５を支持する役割を果たす。支持基板２は、絶縁性の部材で構成され、例えば、ガラスやセラミックス等で形成される。支持基板２上には、図２に示されるように、導電性を有する部材から成る配線パターン６と、圧電アクチュエータ５と接合する接合部７と、が設けられる。本実施形態においては、配線パターン６及び接合部７は、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。
【００２７】
接合部７は、分割された２つの領域から成り、お互いは電気的に接続されていない。接合部７を２つの領域に分割する理由については後述する。また、配線パターン６は、接合部７の分割された領域のそれぞれから引き出されている。この配線パターン６は、外部から圧電アクチュエータ５への給電を可能とする。
【００２８】
なお、本実施形態では、導電性を有する部材としてシリコンを選択して、配線パターン６と接合部７とを形成しているが、配線パターン６と接合部７とは、導電性の部材で形成されれば良く、絶縁性の支持基板２上に金属でパターン形成する構成等としても、もちろん構わない。
【００２９】
ミラー基板３は、支持基板２と略平行に対向配置され、支持基板２と対向する面と反対側の面に鏡面３ａが形成されている。このミラー基板３は、圧電アクチュエータ５の伸縮に伴って変形し、それに伴って鏡面３ａを変形する構成であるために、その厚みを薄く形成する必要がある。また、ミラー基板３は圧電アクチュエータ５の伸縮に伴う変形で破壊されるようでは困るために、剛性を有する物質で形成される必要がある。このような点を考慮して、本実施形態においては、このミラー基板３をシリコン（Ｓｉ）基板によって形成しており、シリコン基板の厚さは１００μｍ程度としている。
【００３０】
なお、本実施形態においては、ミラー基板３を構成する物質としてシリコンを用いているが、これに限定される趣旨ではなく、薄くすることが可能で、剛性を有する物質であれば、他の物質でも構わない。また、シリコン基板３の厚さは、本実施形態の厚さによらず、その目的等に応じて変更可能である。
【００３１】
ミラー基板３の鏡面３ａは、ミラー基板３上にアルミニウム（Ａｌ）の層を形成することにより得ている。Ａｌの層の形成は、蒸着法やスパッタリング法等の方法で形成される。なお、鏡面３ａは、アルミニウムに限らず、形状可変ミラー１の鏡面３ａに入射する光ビームの反射光について所望の反射率を得られる物質であれば、例えば金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等、種々の変更が可能である。また、本実施形態においては、ミラー基板３の上面全体を鏡面３ａとする構成としているが、これに限定されず、入射する光ビームの入射径を考慮して、鏡面３ａの領域を決定し、その部分にのみ反射層を形成する構成等としても構わない。
【００３２】
また、ミラー基板３の支持基板２と対向する面には、図３に示すように、圧電アクチュエータ５と接触する凸部３ｂが設けられている。これは、圧電アクチュエータ５の伸縮によってミラー基板３に加えられる力を効率良く伝達するためのものである。この凸部３ｂの形成は、例えばエッチング処理によって行われる。なお、本実施形態では凸部３ｂを形成する構成としているが、もちろん、凸部３ｂを設けない構成としても構わない。
【００３３】
固定部材４は、支持基板２上に配置されてミラー基板３を固定する役割を果たす。本実施形態においては、固定部材４は、ミラー基板３を、その四隅と、矩形に形成されるミラー基板３の外周側各辺の中央部（四隅に配置される固定部材４のうちの２つに挟まれる位置）と、の計８箇所で支持している。なお、固定部材４の配置については、本実施形態の構成に限定される趣旨ではなく、ミラー基板３の外周側を確実に固定できる構成であれば、種々の変更が可能である。
【００３４】
この固定部材４は、例えば、ガラスやセラミックス等で形成される。固定部材４の支持基板２への接合、及び固定部材４とミラー基板３との接合は、いずれも、その間に接合層となるＡｕ層を介在させ、例えば４００℃から５５０℃の間の高温下、圧力を加えて接合する方式によって行っている。なお、接合層は、Ａｕ層に限らず他の金属層でも構わず、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金の層等としても構わない。また、これらの接合を、接着剤を用いて行う構成としても構わない。
【００３５】
圧電アクチュエータ５は、電圧を印加することにより伸縮し、これによりミラー基板３と伴に鏡面３ａを変形可能とする。圧電アクチュエータ５は、支持基板２上に配置されるが、ミラー基板３の外周側に配置されてミラー基板３を固定する固定部材４よりも内側に配置される。
【００３６】
そして、支持基板２上に十字方向に４つ配置され、更に、向かい合う圧電アクチュエータ５同士が、鏡面３ａの中心を通り鏡面３ａと直交する軸に対して対称位置となるように配置されている。このように圧電アクチュエータ５を配置するのは、圧電アクチュエータ５の数を多くしすぎず、鏡面３ａの変形をバランス良く行い易いからである。ただし、圧電アクチュエータ５の配置及び数は、この構成に限定される趣旨ではなく、ミラー基板３の鏡面３ａをその目的に応じて変形することができれば良く、種々の変更が可能である。
【００３７】
また、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５はミラー基板３と接合されず、ミラー基板３に形成される凸部３ｂと接触するように配置される。圧電アクチュエータ５をミラー基板３と接合しない理由は、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とを接合した場合にミラー基板３の鏡面３ａに発生する歪みをできる限り低減する狙いからである。
【００３８】
この圧電アクチュエータ５は、いわゆる積層型の圧電アクチュエータである。図４は、本実施形態の圧電アクチュエータ５の構成を示す概略断面図である。なお、図４においては、圧電アクチュエータ５が接合される接合部７（接合部７を形成する２つの領域７ａ、７ｂ）についても示している。
【００３９】
図４に示すように、圧電アクチュエータ５は、層状の圧電体８と層状の内部電極９とが交互に積層される構成となっている。内部電極９には、内部電極９ａと内部電極９ｂとの２種類があり、それぞれ、圧電アクチュエータ５の対向する２つの側面にそれぞれ設けられる、第１の共通電極１０ａ、第２の共通電極１０ｂに接続される。すなわち、圧電アクチュエータ５に設けられる内部電極９は、交互に異なる極（プラス極とマイナス極）と成るように形成されている。
【００４０】
また、内部電極９ａ、９ｂの間に挟まれる圧電体８は、図４に矢印で示す方向に分極するように、分極処理されている。なお、ここで言う分極処理とは、温度を加えながら、直流強電界を印加して、圧電体８内部の電気双極子を一定方向に揃えて、圧電活性を与えることを指す。
【００４１】
図４に示されるように、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体８は、交互に分極方向が逆となるように配置されている。このように構成することで、交互にプラス極とマイナス極となる内部電極９に電圧を印加した場合に（第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂに、いずれか一方がプラス極、他方がマイナス極となるように電圧を印加する）、各圧電体８がいずれも伸びるか、いずれも縮むか、のどちらかとなる。すなわち、この構成により、公知のように低い駆動電力で、大きな変位を得る（大きな発生力を得る）ことが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体８のうち、上端及び下端の圧電体８は分極処理されていない。これは、圧電アクチュエータ５の上端及び下端が、導電性の部材と接触することを考慮するものである。この点、本実施形態においては、特に、下端の圧電体８を分極処理しない構成とする点で重要であり、その理由については後述する。
【００４３】
圧電体８を構成する部材としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3）のような圧電セラミックスであれば、その種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、圧電特性が優れるチタン酸ジルコン酸鉛を用いている。
【００４４】
このように形成される積層型の圧電アクチュエータ５では、その側面に形成される第１の共通電極１０ａ及び第２の共通電極１０ｂから配線を引き出す必要があるが、本発明の形状可変ミラー１では、支持基板２上に配置する固定部材４や圧電アクチュエータ５といった素子を高密度に配置できるように、更には、配線を形成する作業が形状可変ミラー１を製造する際に負担とならないように工夫されている。
【００４５】
圧電アクチュエータ５の支持基板２との接合面５ａには、第１の金属膜１１が設けられている。そして、第１の金属膜１１は、本実施形態においては、図４に示すように、接合面５ａの中央部において分断されて、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとを形成している。なお、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとは、電気的に接続されていない。そして、第１の領域１１ａは、第２の金属膜１２によって、第１の共通電極１０ａと電気的に接続され、第２の領域１１ｂは、第２の金属膜１２によって、第２の共通電極１０ｂと電気的に接続されている。
【００４６】
上述のように圧電アクチュエータ５は、支持基板２に設けられる接合部７上に配置されるが、第１の金属膜１１における第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとが、２つの領域７ａ、７ｂから成る接合部７のそれぞれ異なる領域と接合するように配置される。このため、第１の共通電極１０ａは、第１の金属膜１１及び第２の金属膜１２を介して導電性の部材で形成される接合部７の領域７ａと電気的に接続される。また、第２の共通電極１０ｂは、第１の金属膜１１及び第２の金属膜１２を介して導電性の部材で形成される接合部７の領域７ｂと電気的に接続される。なお、接合部７の２つの領域７ａ、７ｂは、上述したように電気的に接続されていないために、第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂとはショートしていない。
【００４７】
以上により、本実施形態の形状可変ミラー１においては、支持基板２に設けられる接合部７で、圧電アクチュエータ５に電圧を印加するためのプラス極とマイナス極との両方を取り出すことが可能となっている。そして、接合部７のそれぞれの領域７ａ、７ｂからは、配線パターン６が引き出されて、外部からの給電が可能となっている。従って、従来のように、圧電アクチュエータ５に配線を半田付けやワイヤボンディングによって配線処理する必要がなく、配線の構成が複雑とならず、形状可変ミラー１の製造作業負担を低減でき、更には配線によって占められる空間をなくせるために、支持基板２上に高密度に固定部材４及び圧電アクチュエータ５を配置でき、形状可変ミラー１の小型化が可能となる。
【００４８】
なお、接合部７からの配線の引き出しは、本実施形態のように、支持基板２のミラー基板３と対向する面に配線パターン６を形成する構成でなく、接合部７に貫通穴を設けて、この部分に配線を形成する構成等としても構わない。ただし、支持基板２の接合部７が形成される面と同一面に、配線パターン６も形成する構成とする方が、接合部７と配線パターン６とを効率良く形成できて好ましい。
【００４９】
また、本実施形態においては、第１の金属膜１１として、金（Ａｕ）の金属膜を用いており、この第１の金属膜１１の存在により、圧電アクチュエータ５と接合部７とは、後述する熱圧着の方式によって接合可能となっている。このため、圧電アクチュエータ５の電極の取り出しを圧電アクチュエータ５の接合と同時に行うことができるという利点も有している。
【００５０】
なお、本実施形態においては、第１の金属膜１１にＡｕの膜を用いているが、これに限定される趣旨ではなく、圧電アクチュエータ５と接合部７とを熱圧着できる金属であれば他の金属膜でも構わず、例えば、金と錫の合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）等とすることも可能である。
【００５１】
また、圧電アクチュエータ５と接合部７との接合を熱圧着方式によらず行えるように、圧電アクチュエータ５と接合部７との間に導電性の接着剤を用いる構成としても構わず、この場合にも、圧電アクチュエータ５の電極の取り出しを圧電アクチュエータ５の接合と同時に行うことができるという利点を有する。そして、この場合には、第１の金属膜１１は、熱圧着できる金属膜でなくても良い。
【００５２】
また、本実施形態では、第２の金属膜１２についてもＡｕの膜を用いている。これは、第１の金属膜１１と第２の金属膜１２とで同一の材質とした方が、製造が容易となる点を考慮したものである。なお、作業効率は悪くなるが、もちろん、第２の金属膜１２を第１の金属膜１１と異なる種類の金属膜としても構わない。
【００５３】
また、上述したように、圧電アクチュエータ５を構成する圧電体８のうち、接合部７と接合される位置に配置される圧電体８（下端の圧電体８）は、分極処理さていない。これは、本実施形態の構成の場合、下端の圧電体８は内部電極９ａと、互いに異なる極となる第１の共通電極１０ａ又は第２の共通電極１０ｂと接続される接合部７の２つの領域７ａ、７ｂと、の間に挟まれるために、この部分の圧電体８を分極処理していると、積層型の圧電アクチュエータ５に電圧を印加した場合に、下端の圧電体８において伸縮しない部分と伸縮する部分が発生し、圧電アクチュエータ５の伸縮方向に傾きが生じるといった悪影響を及ぼすことが考えられるためである。
【００５４】
（形状可変ミラーの動作）
このように構成される形状可変ミラー１の動作について説明する。図５は、図３に示す形状可変ミラー１について、圧電アクチュエータ５が伸びた状態を示す図である。図５に示すように、圧電アクチュエータ５が伸びた場合、ミラー基板３が持ち上げられて、鏡面３ａが変形する。一方、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とは接合されていないために、ミラー基板３は変形しない。なお、図５においては、左右の圧電アクチュエータ５に同一の電圧が印加されて、同じように伸びた状態を示しているが、所望の鏡面３ａの変形が得られるように、各圧電アクチュエータ５に印加される電圧はそれぞれ別々に制御され、異なる電圧が印加されることもある。
【００５５】
また、本実施形態においては、圧電アクチュエータ５が縮んだ場合には、鏡面３ａが変形しない構成としているが、圧電アクチュエータ５とミラー基板３とを接合することにより、圧電アクチュエータ５の伸縮とともにミラー基板３の鏡面３ａが変形する構成としても、もちろん構わない。
【００５６】
（形状可変ミラーの製造方法）
次に、本実施形態の形状可変ミラーの製造方法について説明する。まず、ガラスにシリコンを接合して支持基板２が形成される。支持基板２を構成するシリコンは、例えば、エッチングやサンドブラストによる処理が施されて、接合部７及び接合部７から引き出される配線パターン６となる部分を除いて除去される。
【００５７】
公知の方法により作製された圧電アクチュエータ５の接合面５ａに第１の金属膜１１（Ａｕの膜）が、例えば、蒸着法やスパッタリング法によって形成される。この際、第１の金属膜１１における第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとが、ショートしないように、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとの間に隙間を形成する。隙間の形成は、隙間を作製したい部分にマスクを施して蒸着を行う等の方法により行われる。
【００５８】
次に、圧電アクチュエータ５の側面の第１の共通電極１０ａ及び第２の共通電極１０ｂとが、第１の金属膜１１と電気的に接続されるように、圧電アクチュエータ５の側面に形成される第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂとが第２の金属膜１２（Ａｕの膜）によって、例えば、蒸着法やスパッタリング法によって覆われる。
【００５９】
なお、本実施形態では、図４に示すように、第１の共通電極１０ａと第２の共通電極１０ｂとについて、第２の金属膜１２によって、その全体が覆われる構成となっているが、これに限らず、第２の金属膜１２は、第１の共通電極１０ａと第１の領域１１ａとを、また、第２の共通電極１０ｂと第２の領域１１ｂとを、を電気的に接続できる程度に、圧電アクチュエータ５の側面に設けられれば良い。
【００６０】
次に、高さの調整された固定部材４及び圧電アクチュエータ５を支持基板２上に、熱圧着方式により接合する。熱圧着方式による接合は、各部材の接合したい部分にＡｕの膜を、例えば蒸着法やスパッタリング法により形成（圧電アクチュエータ５には先に示した工程で金属膜が形成されている）し、その後、加熱状態（例えば、４００℃〜５５０℃）で、固定部材４及び圧電アクチュエータ５に所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）を加えることにより行われる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、熱圧着を行うためにＡｕの膜を形成する構成としているが、これに限定されず、例えば金と錫の合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）を用いる構成等としても構わない。ただし、Ａｕの膜を用いた場合には、接合強度が増すために、Ａｕの膜を用いて熱圧着するのが好ましい。
【００６２】
次に、ミラー基板３の鏡面３ａが形成される面の反対側に、Ａｕの膜が例えば、蒸着法やスパッタリング法によって形成された後、ミラー基板３と固定部材４との接合が、加熱状態（例えば、４００℃〜５５０℃）で、固定部材４に所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）を加えることにより行われる。この場合においても、熱圧着は、Ａｕの膜でなく、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金の膜を用いて行っても構わない。
【００６３】
以上で、本実施形態の形状可変ミラーの製造が完了するが、形状可変ミラー１の製造方法はこれに限定される趣旨ではなく、種々の変更が可能である。この点、例えば、固定部材４と支持基板２、固定部材４とミラー基板３、圧電アクチュエータ５と支持基板２（支持基板２の接合部７）の接合は、本実施形態では、熱圧着により方式としているが、接着剤による構成等としても構わない。ただし、ミラー基板３と固定部材４との接合は、ミラー基板３を効率良く変形させる等の理由で、薄い接合膜を形成できる熱圧着方式の接合が好ましく、このことから、各部材の接合は全て熱圧着方式によるのが好ましい。
【００６４】
（その他）
以上に示した実施形態では、形状可変ミラー１は、図１に示すように全体の形状が矩形状であるが、特にこの形状に制限されるものでなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で変更が可能である。例えば、支持基板２やミラー基板３等が円形に構成されていても構わない。また、固定部材４や圧電アクチュエータ５の形状も本実施形態の形状に限定されず、例えば、円柱状等としても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の形状可変ミラーは、発生力の大きな積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーを小型化することが可能で、更に、その構成により、製造時の作業負担を低減することが可能である。このため、鏡面の変形量が大きく、小型な形状可変ミラーを必要とする光学装置に対して特に有用であり、例えば、光ピックアップ装置、ビデオプロジェクタ、デジタルカメラ等に、特に有用である。
【００６６】
また、本発明の形状可変ミラーの製造方法によれば、積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーの製造時の作業負担が軽減できるために、積層型の圧電アクチュエータを備える形状可変ミラーの製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】は、本実施形態の形状可変ミラーの構成を示す図で、形状可変ミラーを構成するミラー基板が接合される前の状態を示した概略斜視図である。
【図２】は、本実施形態の形状可変ミラーが備える支持基板の構成を示す平面図である。
【図３】は、図１の形状可変ミラーが組立てられた状態において、図１のＡ−Ａで切った概略断面図である。
【図４】は、本実施形態の圧電アクチュエータの構成を示す概略断面図である。
【図５】は、図３に示す形状可変ミラーについて、圧電アクチュエータが伸びた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 形状可変ミラー
２ 支持基板
３ ミラー基板
３ａ 鏡面
４ 固定部材
５ 圧電アクチュエータ
５ａ 圧電アクチュエータの接合面
６ 配線パターン
７ 接合部
８ 圧電体
９ 内部電極（層状の電極）
１０ａ 第１の共通電極
１０ｂ 第２の共通電極
１１ 第１の金属膜
１１ａ 第１の領域
１１ｂ 第２の領域
１２ 第２の金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、
前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、
前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように、前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、
前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、
前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーにおいて、
前記支持基板には、分割された２つの領域から成り、前記圧電アクチュエータと接合する導電性の接合部が少なくとも１つ形成され、
前記圧電アクチュエータの接合面上には、電気的に接続されない第１の領域と第２の領域とに分断される第１の金属膜が設けられ、
前記圧電アクチュエータの前記側面上には、前記第１の共通電極と前記第１の領域とを、また、前記第２の共通電極と前記第２の領域とを、それぞれ電気的に接続する第２の金属膜が設けられることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項２】
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とは同一の材質であることを特徴とする請求項１に記載の形状可変ミラー。
【請求項３】
前記支持基板には、前記接合部の分割された２つの領域のそれぞれから引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンが形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状可変ミラー。
【請求項４】
前記第１の金属膜は、熱を加えて圧着することにより、前記圧電アクチュエータと前記接合部とを接合する接合膜として機能することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
【請求項５】
前記第１の金属膜は、Ａｕの膜であることを特徴とする請求項４に記載の形状可変ミラー。
【請求項６】
支持基板と、
該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、
前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、
前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記支持基板上に層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、
前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、
前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーの製造方法であって、
前記支持基板に、２つの領域に分割され、前記圧電アクチュエータと接合される導電性の接合部を少なくとも１つ形成する第１の工程と、
前記圧電アクチュエータの側面に設けられる第１及び第２の共通電極と、前記圧電アクチュエータの前記接合部と接合される接合面と、が電気的に接続されるように、且つ前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とが電気的に接続されないように、前記接合面上と前記側面上とに金属膜を設ける第２の工程と、
前記第２の工程の処理が行われた前記圧電アクチュエータを、前記第１の工程で得られた前記接合部上に配置し、加熱状態で圧着して前記接合部と接合する第３の工程と、
を有することを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程で、前記接合部の形成とともに、前記接合部のそれぞれの領域から引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンを形成することを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。
【請求項１】
支持基板と、
該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、
前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、
前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように、前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、
前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、
前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーにおいて、
前記支持基板には、分割された２つの領域から成り、前記圧電アクチュエータと接合する導電性の接合部が少なくとも１つ形成され、
前記圧電アクチュエータの接合面上には、電気的に接続されない第１の領域と第２の領域とに分断される第１の金属膜が設けられ、
前記圧電アクチュエータの前記側面上には、前記第１の共通電極と前記第１の領域とを、また、前記第２の共通電極と前記第２の領域とを、それぞれ電気的に接続する第２の金属膜が設けられることを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項２】
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とは同一の材質であることを特徴とする請求項１に記載の形状可変ミラー。
【請求項３】
前記支持基板には、前記接合部の分割された２つの領域のそれぞれから引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンが形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状可変ミラー。
【請求項４】
前記第１の金属膜は、熱を加えて圧着することにより、前記圧電アクチュエータと前記接合部とを接合する接合膜として機能することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の形状可変ミラー。
【請求項５】
前記第１の金属膜は、Ａｕの膜であることを特徴とする請求項４に記載の形状可変ミラー。
【請求項６】
支持基板と、
該支持基板と対向配置され、前記支持基板と対向する面と反対側の面に鏡面を有するミラー基板と、
前記支持基板上に設けられて、前記ミラー基板を固定する固定部材と、
前記ミラー基板の前記固定部材によって固定された部分に囲まれる領域を変形できるように前記支持基板上に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記支持基板上に層状の圧電体と層状の電極とを交互に複数積層して成り、
前記層状の電極は、交互に異なる極の電極と成るように、前記圧電アクチュエータの前記積層方向と略平行となる側面に設けられる第１の共通電極と第２の共通電極とに交互に接続され、
前記第１及び第２の共通電極の間に電圧を印加することにより、前記ミラー基板の変形と伴に前記鏡面を変形する形状可変ミラーの製造方法であって、
前記支持基板に、２つの領域に分割され、前記圧電アクチュエータと接合される導電性の接合部を少なくとも１つ形成する第１の工程と、
前記圧電アクチュエータの側面に設けられる第１及び第２の共通電極と、前記圧電アクチュエータの前記接合部と接合される接合面と、が電気的に接続されるように、且つ前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とが電気的に接続されないように、前記接合面上と前記側面上とに金属膜を設ける第２の工程と、
前記第２の工程の処理が行われた前記圧電アクチュエータを、前記第１の工程で得られた前記接合部上に配置し、加熱状態で圧着して前記接合部と接合する第３の工程と、
を有することを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程で、前記接合部の形成とともに、前記接合部のそれぞれの領域から引き出されて、外部からの給電を可能とする配線パターンを形成することを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−４０２９９（Ｐ２００８−４０２９９Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１６６３８（Ｐ２００６−２１６６３８）
【出願日】平成１８年８月９日（２００６．８．９）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月９日（２００６．８．９）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
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