CN100395579C - 可变形反射镜及具有该可变形反射镜的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的可变形反射镜，是具有基板(1)、以相互分离的状态被基板(1)支承的多个微小镜片(20)、独立驱动多个微小镜片(20)的每一个从而控制各微小镜片(20)与基板(1)的配置关系的多个驱动部。多个驱动部的每一个，具有能外加互相独立的驱动电压的多个固定电极(5～7)，和设置在与多个固定电极(5～7)相对位置的可动电极(13～15)。各微小镜片(20)，至少与微小镜片(20)的每一个相关连的2个可动电极(13～15)连接。在这些可动电极(13～15)和与固定电极(5～7)之间的电位差产生的静电力的作用下，可以使微小镜片(20)向垂直于基板(1)的方向位移及/或朝着基板倾斜。

Description

可变形反射镜及具有该可变形反射镜的控制装置

技术领域

本发明涉及一种具有光反射区域可以利用静电力位移的可变形反射镜(deformable mirror)，以及使用这种可变形反射镜控制光的波面的光控制装置。

背景技术

可变形反射镜，在有旋光性地修正光的波面象差的补偿光学装置及显示器、光通信等的光开关等中不断得到应用。近年来，采用显微机械技术，一次性地形成许多微小的反光镜，获得低成本的开发事例，已多有报导。这种微小的反射镜的驱动，大多利用静电力。利用静电力驱动微小的反射镜式的可变形反射镜，因是平面的且具有简易的结构，所以与半导体制造工艺的整合性高。另外，反射镜等的各结构部件越细微，静电力的单位体积的驱动力就越大。

另一方面，利用静电力时，与利用压电元件等的情况不同，基本上只有吸引力起作用，所以驱动方向是非对称的。另外，因为并非驱动部的结构本身伸缩后产生驱动力，所以需要具有留着间隙的相对的电极对和支承该电极对的结构。

可变形反射镜，大致可分为：通过多个执行元件使一块连续的反射镜面变形的“连续反射镜(Continuous mirror)”，和使多个互相分离的反射镜独立动作的“分割反射镜(Segmented mirrors)”。

作为连续反射镜，可以举出在薄膜反射镜和设置间隙排列的多个电极之间，给予电位差，使之产生静电力，将薄膜反射镜向电极方向吸引使之变形的例子(例如G.Vdovin，P.M.Sarro，S.Misddlehoek“Technology andapplications of micromachined adaptive mirrors”J.Micromech.Microeng.9(1999)，R8-R20)。

另外，作为分割反射镜，可以举出利用静电力，将微小镜片向基板方向平行吸引的例子(例如W.D.Cowan，M.K.Lee，B.M.Welsh，et al“SurfaceMicromachined Segmented Mirrors for Adaptive Optics”IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics，Vol.5，No.1，pp.90-101(1999)，)，和使之不伴随平行移动动作而倾斜动作的例子(例如特开2001-174724号公报)。在利用层叠压电元件的分割反射镜中，有的是同时进行平行移动和倾斜移动(例如R.K.Tyson“Adaptive Optics EngineeringHandbook”，Marcel Dekker，lnc.(2000)，(Chapter 5，pp.155，Fig.2))。

可是，在上述这些可变形反射镜中，存在以下问题。

连续反射镜，由于能够生成连续而平滑的波面，所以用较少的执行元件也能减小波面吻合误差。但另一方面，却无法既确保控制范围，又降低驱动电压。就是说，为了确保充分的控制范围，就必须加大反射镜和电极的间隙距离，但由于静电力的大小与间隙距离的平方成反比，所以不施加高电压，就得不到静电力。另外，连续反射镜与分割反射镜相比，还存在着下述问题：应答速度小，反射镜膜的残留应力对反射镜的平面性影响很大。

而分割反射镜与连续反射镜相比，在应答速度和平面性方面具有优点。另外，由于各反射镜互相独立，所以在控制范围超过波长λ时，如果在0～λ的范围内，进行变换成对应的主值的处理，就能实现任意的控制范围，同时获得低电压化和大控制范围。

可是，在现有技术的分割反射镜中，由于是吸引各反射镜使其平行移动，所以只能产生阶梯状的波面。其结果，为了抑制波面吻合误差，与连续反射镜相比，就需要大幅度增加反射镜分割数。因此，执行元件的数量增多，控制结构趋于复杂，与反射镜面积相对而言的反射镜间的间隙部的面积增大，从而造成发射效率下降，不需要的衍射光的影响增大。

在使用压电元件的分割反射镜中，由于能够同时进行平行移动动作和倾斜动作，生成平滑的波面，所以可以用较少的反射镜分割数抑制波面吻合误差。可是，与半导体制造工艺的整合性不好，难以采用低成本一次性地生产。

此外，由于下面的2个理由，很难用静电方式的可变形反射镜实现由压电元件形成的结构。

第1，在只产生吸引力的静电方式的可变形反射镜中，难以独立控制平行移动和倾斜动作。

第2，静电方式的可变形反射镜，与结构体本身伸缩后产生驱动力的压电元件不同，需要将隔着间隙的电极对和支承它的支承结构各自分开。所以，在这种可变形反射镜中，在有限的反射镜分割面积内，难以同时确保旨在得到较大的静电力的大面积的电极对，和可以使其平行移动动作和倾斜动作的支承结构。

发明内容

本发明就是针对上述情况而研制的，其目的是提供用较少的反射镜分割数抑制波面吻合误差的可变形反射镜及光控制装置。

本发明的可变形反射镜，是具有基板、以相互分离的状态被所述基板支承的多个微小镜片、独立驱动所述多个微小镜片的每一个从而控制各微小镜片与所述基板的配置关系的多个驱动部的可变形反射镜，所述多个驱动部的每一个，具有能外加互相独立的驱动电压的多个固定电极，和设置在与所述多个固定电极相对位置的可动电极；所述多个微小镜片的每一个，与所述微小镜片的每一个相关连的至少2个可动电极连接，在所述至少2个可动电极和与所述至少2个可动电极对应的至少2个所述固定电极之间的电位差产生的静电力的作用下，所述多个微小镜片的每一个，既可以进行沿垂直于所述基板方向的位移，也可以进行所述微小镜片相对于所述基板的倾斜，所述可变形反射镜执行所述位移及倾斜中的至少一方。所述多个驱动部的每一个，具有：在所述微小镜片中的第1特定部位的位移相关的第1固定电极，和在与所述微小镜片中的第1特定部位不同的第2特定部位的位移相关的第2固定电极；通过向所述第1及第2固定电极外加电压，使第1及第2特定部位的位移独立进行，从而控制所述控制微小镜片与所述基板的配置关系。所述第1及第2固定电极的每一个，被分割成能够外加独立的驱动电压的多个固定电极片，通过对所述多个固定电极片有选择地外加驱动电压，使所述转动部件转动且控制所述作用部件的位移，从而能够双向控制与所述多个固定电极片对应的所述微小镜片的各个特定部位朝接近和离开所述基板的方向位移。所述可动电极具有被所述基板支承、以转动轴为中心转动的转动部件，和伴随所述转动部件的运动、使所述微小镜片的特定部位和所述基板的距离变化的作用部件；所述转动部件，具有配置在所述转动轴上的支承部，和与所述支承部结合的平板部；所述转动部件的平板部，包括存在于所述转动轴的对称位置的第1导电性部分及第2导电性部分；所述多个固定电极片，包括通过间隙，与所述平板部的第1导电性部分相对的第1固定电极片，和通过间隙，与所述平板部的第2导电性部分相对的第2固定电极片。

在理想的实施方式中，所述作用部件，具有平板状的中间连接部件，和将所述可动电极中的第1导电性部分及第2导电性部分中的一个与所述中间连接部件结合的多个突起部件；在所述中间连接部件的大致中心部，所述中间连接部件和所述微小镜片连接。

在理想的实施方式中，所述第1导电性部分及第2导电性部分中的中的某一个，与所述中间连接部件之间，存在着通过所述突起部件而自由转动的关系。

在理想的实施方式中，所述多个驱动部的每一个，还具有第3固定电极；所述第3固定电极，被外加有独立的驱动电压的多个固定电极片分割，通过向所述第3固定电极中的所述多个固定电极片外加选择性的驱动电压，使所述转动部件转动且控制所述作用部件的位移，可独立控制与所述第3固定电极中的所述多个固定电极片对应的所述微小镜片的各特定部位的位移的设定，从而至少能够控制使所述微小镜片向垂直于所述基板的方向位移和使所述微小镜片向所述基板2个轴倾斜的方向。

在理想的实施方式中，所述多个微小镜片的每一个，反射波长λ的光；所述多个驱动部，控制所述微小镜片的配置关系，从而使被所述多个微小镜片包含的某个微小镜片反射的光的光路长，和被与所述某个微小镜片相邻的微小镜片反射的光的光路长的差，实质上成为n·λ(n是整数)。

在理想的实施方式中，所述固定电极片，还具有能外加互相独立的驱动电压的多个部分电极，所述多个部分电极，至少包含其面积互不相同的第1及第2部分电极；所述第2部分电极的面积，小于所述第1部分电极的面积，而且，所述第2部分电极，设置在比所述第1部分电极靠近所述转动轴的位置。

在理想的实施方式中，从所述第1部分电极的中心，到所述转动轴的距离，和所述第1部分电极的面积之积，与从所述第2部分电极的中心，到所述转动轴的距离，和所述第2部分电极的面积之积，实质上存在着2的乘方倍的关系。

在理想的实施方式中，在所述基板上具有生成所述驱动电压的驱动电路。

在理想的实施方式中，至少所述固定电极及可动电极，是由布图后的导电性膜形式。

本发明的光控制装置，是具有多个微小镜片被基板支承的可变形反射镜，利用所述可变形反射镜将光源射出的光束的波面，变换成所需要的目标波面的光控制装置，其特征在于，包括：设定所述目标波面的电子束控制目标设定部件；根据所述电子束控制目标设定部件的输出，设定所述各微小镜片和所述基板的配置关系的目标值的反射镜控制目标设定部件；根据所述反射镜控制目标设定部件的输出，控制所述各微小镜片的反射镜控制部件；所述可变形反射镜，是上述某个可变形反射镜。

附图说明

图1是本发明第1实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。

图2是本发明第1实施方式的可变形反射镜的简要剖面图。

图3是本发明第2实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。

图4是本发明第3实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。

图5是本发明第4实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。

图6是表示采用本发明的光控制装置的实施方式(第5实施方式)简要结构图。

具体实施方式

下面，参照附图，讲述本发明的实施方式。

(第1实施方式)

首先，参照图1及图2，讲述本发明的可变形反射镜第1实施方式。

本实施方式的可变形反射镜，具有在同一个硅基板上集成多个执行元件(驱动部)和驱动各执行元件的驱动电路的结构，宜于采用半导体制造工序制造。

首先，参照图1。图1是本实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。本实施方式的可变形反射镜，具有将多个微小镜片(反射镜要素)20排列成二维阵列状的结构。图1是将多个微小镜片20中的一个微小镜片及其驱动部放大后的图形。

本实施方式的可变形反射镜，利用多个驱动部，控制排列在基板1上的各微小镜片20的姿态及到基板1的距离。各驱动部，由在基板1上形成的图中未示出的驱动电路控制。

在本实施方式中，在基板1上形成氮化硅系的绝缘层2，在该绝缘层2上，形成基座3、支块贴紧部4、第1固定电极5、第2固定电极6及第3固定电极7。基座3、支块贴紧部4及固定电极5～7，通过在铝(Al)或多晶硅等导电膜上布图后形成。

为了驱动图1所示的一个微小镜片20，在本实施方式中，使用第1固定电极5、第2固定电极6及第3固定电极7。这样，不仅能独立控制微小镜片20对基板1所作的倾斜动作，还能独立控制微小镜片20到基板1的垂直方向位移及/或倾斜。

下面，更详细地讲述本实施方式的结构。

如图1所示，在本实施方式的可变形反射镜中，第1固定电极，被分割成2个固定电极片5a、5b，这2个固定电极片5a、5b，被分别外加独立的电压。同样，第2固定电极6，被分割成分别接受独立的外加电压的2个固定电极片6a、6b；第3固定电极7，被分割成分别接受独立的外加电压的2个固定电极片7a、7b。另一方面，基座3及支块贴紧部4的电位被设定成接地电位。

固定电极片5a、5b～7a、7b，通过在绝缘层上形成的通路孔(via)(图中未示出)与在基板1上形成的驱动电路连接。驱动电路可在0～5V的范围内，将各自独立的电压，供给固定电极片5a、5b～7a、7b。通过调节向这6个固定电极片5a、5b～7a、7b外加的电压，可以控制1个微小镜片20的姿势。

支承柱11，在基座3的位置3a处与基座3连接。在支承柱11上，通过合叶12，安装第1支块13、第2支块14及第3支块15。这些支块13～15，与对应的固定电极5～7相对，分别发挥着“可动电极”的功能。

本实施方式的支承柱11、合叶12及第1～第3支块13～15，通过在铝(Al)或多晶硅等导电性部件上布图后形成，与基座3导通，被设定成接地电位。

第1支块13，在与第1固定电极5的固定电极片5a、5b相对的位置上，具有第1部分13a及第2部分13b。向固定电极片5a供给驱动电压时，第1部分13a被固定电极片5a侧吸引。与此相对，向固定电极片5b供给驱动电压时，第2部分13b被固定电极片5b侧吸引。这样，可以有选择性给予转动力，使其以转动轴A为中心，朝CW(顺时针方向)及CCW(逆时针方向)的某个方向转动。

同样，第2支块14，有第1部分14a及第2部分14b；第3支块15，有第1部分15a及第2部分15b。向各固定电极片6a、6b、7a、7b限制性地供给驱动电压后，可以产生以转动轴A为中心，朝CW及CCW的任意方向的转动力。

中间连接部件16，具有略呈三角形的平面形状，包括在靠近三角形的顶点部分的位置上形成的3点的突起部件17～19。该突起部件17～19，从中间连接部件16的平板状部分的下面向垂直方向突出。

3个突起部件17～19中，突起部件17与在位置13c中的第1支块13连接。同样，突起部件18与在位置14c中的第2支块14连接，突起部件19与在位置15c中的第3支块15连接。通过使第1支块13～第3支块15个别转动，可以独立地控制突起部件17～19的位移，从而能控制中间连接部件16的姿势。在本实施方式中，3个突起部件17～19，不在一条直线上排列，所以能进行3轴性的姿势控制。

微小镜片20，上面具有反射面21，利用突起22，与中间连接部件16，在其大致中心部位的16a处，连接成一体。因此，中间连接部件16的姿势，决定微小镜片20的姿势。本实施方式的反射面21，由将氮化硅层和氧化硅层反复层叠而成的电介体多层反射镜膜构成，实现了很高的反射效率。电介体反射镜膜，最好具有5μm以上的厚度，这样就能提高微小镜片20本身的刚性，防止残留应力致使反射面21的平面性下降。

在本实施方式中，将微小镜片20与中间连接部件16在其大致中心部处连接。因此，能够防止伴随着支块13～15的位移产生的不需要的应力转矩使反射面21的平面性下降。就是说，在支块13～15以转动轴A为中心，个别位移之际，虽然起因于支块13～15相互之间的相对角度差，产生了不需要的应力转矩，但由此出现的挠曲，被限制在中间连接部件16之前，所以不会影响到在位置16a的1点上与中间连接部件16连接的微小镜片20的平面度。

采用本实施方式的结构后，对第1～第3固定电极的固定电极片5a、5b～7a、7b，选择性地供给驱动电压，从而能从正负两个方向上驱动微小镜片20，使其沿Z方向位移，绕X轴倾斜及/或绕Y轴倾斜。

要使微小镜片20沿垂直方向离开基板1时，只需要选择固定电极片5a、6b、7a，供给它们驱动电压，使各自的突起部件17～19，沿着Z轴，向正方向等量位移即可。反之，要使微小镜片20沿垂直方向接近基板1时，只需要选择固定电极片5b、6a、7b，供给它们驱动电压，使各自的突起部件17～19，沿着Z轴，向负方向等量位移即可。

朝X轴周围的CCW方向倾斜时，只需要选择固定电极片5a、6a、7a，供给它们驱动电压，使各自的突起部件17、19沿着Z轴向正方向、突起部件18向负方向等量位移即可。

朝X轴周围的CW方向倾斜、朝Y轴周围的倾斜以及这些所有的复合动作，也都完全一样，只要从6个固定电极片5a、5b～7a、7b，适当选择的电极片，供给适当的驱动电压，就能使微小镜片20，对基板1采取任意的姿势。

此外，微小镜片20的姿势和供给6个固定电极片5a、5b～7a、7b的驱动电压的关系，可以预先表格化后储存起来。

下面，参阅图2，对将图1的微小镜片排列成阵列的可变形反射镜中相邻的反射镜彼此的姿势的设定方法作一叙述。本实施方式中的可变形反射镜，可以作为平滑地修正失真的波面的补偿光学装置的一部分使用。

图2是本实施方式的可变形反射镜的简要剖面图。图2(a)示出连续性地连接微小镜片20修正波面时的示例，图2(b)记述利用光的相位的周期性，用波长单位，使微小镜片20的界面中的光路差错开时的示例。为了简单起见，在这里讲述一维反射镜阵列的动作，但二维反射镜阵列也一样。

假设波长λ的入射光30垂直射入基板1。图2所示的入射光30，具有点划线所示的失真的波面。用微小镜片20反射的入射光30，成为射出光31。在本实施方式中的射出光31的波面，被修正成图2虚线所示的平坦的波面。

微小镜片20，其外缘部20a、20b中的可动行程被设定为±0.25～0.5λ之间的值。具体地说，在被微小镜片20反射的光的往复的路线中，光路长控制范围被设定成大于±0.5λ，而且小于±1。这样设定后，可以极力减小支块13～15和固定电极5～7之间的间隙量，其结果，即使在低电压驱动时，也能产生较大的静电力，同时还能确保可动行程，在优先决定微小镜片20的倾斜时，使外缘部20a、20b的一方获得±0.5λ以上的光路长。

在图2(a)中，示出对入射光30的波面修正范围，在微小镜片20的可动行程范围内，使微小镜片20连续连接、修正波面时的情况。

由驱动电路40向固定电极5～7外加驱动电压后，支块13～15因此受到静电力吸引，控制微小镜片20的姿势。驱动电路40，例如产生8比特的驱动电压值，通过通路孔41，与绝缘层2上的固定电极5～7个别连接。驱动电路40的驱动电压，根据图中未示出的波面传感器检测的射出光31的波面的情况，由图中也未示出的控制电路生成。

微小镜片20的姿势及位置，被控制成为在其外缘部20a、20b中，与邻接的反射镜形成连续的反射面，从而用折射线状的连续波面修正入射光30的失真。因此，与单纯使微小镜片20平行移动，以阶梯状的波面修正的方法相比，能够用较少的反射镜分割数，抑制波面吻合误差。

图2(b)示出对入射光30的波面修正范围，超过微小镜片20的可动行程范围时的情况。这时，微小镜片20的周边部20b和与之相邻的反射镜的周边部20a之间，形成0.5λ的错边。这时，反射光31的波面，产生如虚线所示的相位2π(光路长差λ)的错位。但在单波长的光时，这种相位的错位，与没有相位的错位等值。将此推而广之后，只要将各微小镜片20的配置关系，控制成使相邻的微小镜片20的界面中的入反射光的光路长，实质上成为n·λ(n为整数)后，就能实现任意的修正范围。

综上所述，在本实施方式中，通过对多个固定电极5～7外加独立的驱动电压，就能控制与这些多个固定电极5～7相关连的微小镜片20，在使之向垂直于基板1的方向位移的同时，还向所希望的方位倾斜于基板1。因此，在与半导体制造工艺整合性高的、采用静电驱动方式的可变形反射镜中，也能以较少的反射镜分割数，抑制波面吻合误差。

另外，各固定电极5～7，具有多个固定电极片5a、5b～7a、7b，所以通过有选择地给它们分别外加驱动电压，可以使对应的微小镜片的各部位，靠近基板1，或者离开基板1(可以双向控制)。这样，就能互不干涉地独立控制微小镜片20的平行移动动作和倾斜动作。

此外，以上讲述了通过固定电极5～7及支块13～15，构成3个驱动部的示例。但驱动部的数目，并不限于此。既可以通过2个驱动部，使各微小镜片20进行平行移动动作和单轴的倾斜动作；还可以使用4个以上的驱动部，使各微小镜片20动作。特别是采用不通过中间连接部件16，将突起部件17～19直接与微小镜片20连接，赋予微小镜片20适当的柔软性的结构，以4个以上的驱动源驱动后，还能控制反射面21的曲率。这样一来，还能提供同时具有连续反射镜和分割反射镜两者的优点的可变形反射镜。

(第2实施方式)

下面，参照图3，讲述采用本发明的可变形反射镜的第2实施方式。图3是本实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。

本实施方式的可变形反射镜，与第1实施方式的可变形反射镜的不同之处，在于中间连接部件50的结构。就是说，基板1、绝缘层2、基座3、支块贴紧部4、固定电极5～7、支承柱11、合叶12、支块13～15、突起部件17～19、微小镜片20、反射面21及突起22，与第1实施方式的可变形反射镜具有相同的构造。

本实施方式的中间连接部件50，具有3对合叶部50b，各合叶部50b沿与转动轴A平行的轴，转动自如地支承着各自的突起部件17～19。采用这种结构，可以有效地防止出现支块13～15以转动轴A为中心个别位移之际产生的扭曲应力使中间连接部件50整体扭曲的现象。这样，就能提高与微小镜片20的突起22的连接部——斜线部50a的位移量及倾斜角度的再现性和直线性，即可以提高微小镜片20的姿势精度。

此外，在本实施方式中，将转动自如地支承突起部件17～19的合叶部，设置在中间连接部件50的一侧，但也可以将它设置在支块13～15的一侧。

(第3实施方式)

下面，参照图4，讲述采用本发明的可变形反射镜的第3实施方式。图4是本实施方式中的可变形反射镜的分解立体图。

本实施方式的可变形反射镜，与第2实施方式的可变形反射镜的不同之处，在于固定电极60～62的结构。就是说，本实施方式的第1固定电极60，被分成固定电极片60a、60b，固定电极片60a、60b再分作可以独立地外加驱动电压的8个部分电极。下面，讲述固定电极片60a，但固定电极片60b及第2、第3固定电极61、62的固定电极片61a、61b、62a、62b也和固定电极片60a一样。

如图4所示，固定电极片60a被分成8个部分电极60a1～60a8，可以各自独立地外加驱动电压。采用这种结构后，可以用2值的驱动电压进行驱动，所以不需要用8比特控制驱动电压，不需要数字一模拟变换(D/A)电路。

驱动使用的“静电力”，与电极的面积成正比。因此，所述“SurfaceMicromahined Segmented Mirrors for Adaptive Optics”，公布了与上位比特对应的部分电极的面积，为与其下位比特对应的部分电极的面积2倍。如果考虑相当于8比特的电极结构，那么最上位部分电极的面积，就成为最下位比特对应的部分电极的面积的128倍，部分电极的面积之差非常大。因此，要想适应多比特化的需要，下位比特部的部分电极的面积就极其小，由与电极面积相对而言的间隙造成的无效面积之比，就变得相当大。另外，为了制作电极需要细微加工工艺，增加了制造的难度。还有，由于电极形状接近点状，所以现实的动作脱离开以作用于平行平板间的静电力为前提的模式，对于可动电极的位移而言的静电力的特性，造成在上位比特部和下位比特部不同。

为了解决这个问题，本实施方式中，采用使第1支块13向CCW方向转动的力矩，在上位比特部的部分电极与其下位比特部的部分电极成为2倍的关系的结构。就是说，不仅是各部分电极的面积，而且将从转动轴A到部分电极的距离，作为设计参数，使其具有自由度，将上位比特部的部分电极配置在比其下位比特部的部分电极离转动轴A更远的位置，防止下位比特部的部分电极的面积和其上位比特部的部分电极的面积之比变得极端大。

在图4中，离转动轴A最近的部分电极60a8，与最下位比特对应，以下的部分电极60a7～60a2依次与上位比特对应，离转动轴A最远的部分电极60a1，与最上位比特对应。从各部分电极的中心到转动轴A的距离，与各部分电极的面积的乘积，设最下位比特的部分电极60a8为1，其余的分别为2、4、8、…、128，具有乘方的关系。

另一方面，对各部分电极的面积举例说明，由于部分电极60a1和转动轴A的距离，设定成约是部分电极60a8和转动轴A的距离的8倍，所以部分电极60a1和部分电极60a8面积之比是16倍左右。这样，在进行相当于8比特的控制的结构中，也能将部分电极彼此的面积比，抑制在较小的程度，从而能解决上述问题。

这样，通过将小面积的部分电极，配置在比大面积的部分电极靠近支块13的转动轴A的位置上，从而不会带来部分电极的面积差变得极其大的问题，确保突起部件17的位移量的动态范围，进行多比特控制。

(第4实施方式)

在上述第1～第3实施方式中，将3个可动电极分配给各微小镜片，通过组合3个可动电极的动作，控制各微小镜片与基板的配置关系(到基板的距离及方位)。与此不同，在本实施方式中，将2个可动电极分配给各微小镜片，通过组合2个可动电极的动作，控制各微小镜片与基板的配置关系。

下面，参阅图5讲述本实施方式的可变形反射镜。图5是表示一个微小镜片20和驱动该微小镜片的驱动部的分解立体图。

在本实施方式中，微小镜片20通过突起部件17，与支块13的第2部分13b接合，再通过突起部件18，与支块14的第1部分14a接合。

在本实施方式中，不用中间连接部件16，将微小镜片20与2个支块13、14接合，在这一点上也与前述的实施方式不同，由于不存在中间连接部件16，所以具有减少制造工艺的工序数量的优点。但伴随着驱动，要产生给微小镜片20的应力，所以最好给微小镜片20以适当的柔软性。

本实施方式的结构，虽然比其它实施方式简单，但可以进行各微小镜片的平行移动动作和单轴的倾斜动作。

(第5实施方式)

下面，参阅图6，讲述采用本发明的光控制装置的实施方式。该光控制装置，是使用可变形反射镜的聚光位置控制装置。在本实施方式，适用于在多个输出入光纤阵列间进行连接切换的光交叉连接器。

正如图6所示，输入用光纤阵列70是一束N×N根的信号输入用光纤，信号输入用光纤的前端形成N×N的2维阵列。在本实施方式中，设N＝8，光纤的邻接间距的间隔为250μm。由1根光纤射出的光，在透镜71的作用下成为大致平行的光。透镜71的焦距f＝40mm，开口径为8mm，在该焦点位置的附近，配置着输入用光纤阵列70。

可变形反射镜72，是实施方式1～4中的某一种可变形反射镜，内部具有驱动电路。驱动电路接收来自反射镜控制部件73的控制信号，控制各反射镜的姿势。

用可变形反射镜72反射的光，在半反射镜74的作用下，一部分朝向透镜75，剩下的一部分朝向旨在检测波面状态的波面传感器76。

通过透镜75的光，聚光于输出用光纤阵列77。透镜75的焦距开口径，与透镜71相同。

波面传感器76，是沙克-哈脱曼(Shack-Hartmann)型波面传感器。输出用光纤阵列77，和输入用光纤阵列70一样，是一束N×N根的信号输入用光纤，信号输出用光纤77的前端形成N×N的2维阵列。

光束控制目标设定部件78，在输入用光纤70和输出用光纤77之间，决定将哪条光纤的光束偏向哪条光纤，将其对应信息向反射镜控制目标设定部件79输出。反射镜控制目标设定部件79，设定为实现这种输出入光束间的对应所需的各反射镜的目标姿势。在本实施方式中，使用预先的对应表进行。因此，将光束控制目标设定部件78的输出作为地址给予后，作为内容，就输出到各反射镜的基板的距离和2轴倾斜的角度。该对应表，通过预先计算或试验确定后写入。

反射镜控制部件73，将来自反射镜控制目标设定部件79的输出作为目标值，将波面传感器76的输出作为反馈信息使用，输出各反射镜的驱动控制信号。

采用以上的结构后，可变形反射镜72，作为相位调制型的空间光调制器，控制光束，使选择的输入用光纤的光束，在所需的输出用光纤的固定位置上焦点一致。本实施方式的可变形反射镜72，与通常的二进制的空间光调制器不同，能够控制各反射镜的倾斜，实现火焰(ブレ-ズ)形状，所以能大幅度提高折射效率。因此，能够提高输出入的光纤间的光传递效率，还能防止不需要的折射光漏入其它输出用光纤，抑制交调失真。

此外，光束控制目标设定部件78，不仅能使输出入的光纤1对1地对应，还能将输入光信号设定成1对多的输出。这时，反射镜控制目标设定部件79设定能生成多路光束的反射镜波面。

在本实施方式中，反射镜控制部件73，利用来自波面传感器76的反馈信号进行控制。但本发明并不限于此，在可变形反射镜72具有足够的跟踪性时，还可以进行不使用该反馈信号的开路控制。

另外，在本实施方式中，将光控制装置应用于交叉连接器。但但本发明并不限于此，还能应用于将RGB光源的光在屏幕上的所需要的位置扫描的投射型显示器。进而还可以在使用具有火焰(ブレ-ズ)形状的可变形反射镜的光偏向装置及可变焦的聚光装置等中采用本发明。

采用本发明的可变形反射镜后，可以利用外加独立的驱动电压的多个固定电极，和与之相对的可动电极之间的电位差产生的静电力，独立控制微小镜片垂直于基板的位移方向和倾斜方向。因此，在容易通过半导体制造工艺制作的静电驱动方式的可变形反射镜中，能够用较少的反射镜分割数，抑制波面吻合误差。

另外，各固定电极具有多个固定电极片时，通过有选择的分别外加驱动电压，可以双向控制对应的微小镜片的各部位接近基板的方向和离开基板的方向。因此，能够互不干涉地独立地控制微小镜片的平行移动动作和倾斜动作。

进一步，采用以转动轴为中心转动的可动电极的转动部件通过作用部件作用于微小镜片，该转动部件的平板部和在对称于转动轴位置上的第1及第2固定电极片相对的结构时，能够在有限的反射镜分割面积内确保获得较大的静电力的大面积的电极对，和可以平行移动动作和倾斜动作的支承结构。

此外，通过多个突起部件将可动电极和平板状的中间连接部件结合，将微小镜片和中间连接部件在其大致中心部位连接后，能够防止伴随着可动电极的位移产生的不需要的应力使反射面的平面度下降的现象。另外，使中间连接部件转动自如的支承突起部件后，就能防止中间连接部件整体变形，提高微小镜片的姿势精度。

将固定电极片由多个部分电极构成，将面积较小的第2部分电极设置在比面积较大的第1部分电极靠近转动轴的位置，就能减小部分电极的面积差，确保微小镜片的变位量的动态范围，进行多比特控制。

将本发明的可变形反射镜用于光控制装置后，可以进行折射效率高的光相位调制。

Claims (9)

1.一种可变形反射镜，其特征在于：具有：基板，

以相互分离的状态被所述基板支承的多个微小镜片，以及

独立驱动所述多个微小镜片的每一个、从而控制各微小镜片与所述基板的配置关系的多个驱动部；

所述多个驱动部的每一个，具有能外加互相独立的驱动电压的多个固定电极，和设置在与所述多个固定电极相对位置的可动电极；

所述多个微小镜片的每一个，与所述微小镜片的每一个相关连的至少2个可动电极连接，

在所述至少2个可动电极和与所述至少2个可动电极对应的至少2个所述固定电极之间的电位差产生的静电力的作用下，所述多个微小镜片的每一个，既可以进行沿垂直于所述基板方向的位移，也可以进行所述微小镜片相对于所述基板的倾斜，并执行所述位移及倾斜中的至少一方，

所述多个驱动部的每一个，具有第1固定电极和第2固定电极；

所述第1及第2固定电极的每一个，被分割成能够外加独立的驱动电压的多个固定电极片，

所述可动电极具有：被所述基板支承、以转动轴为中心转动的转动部件，和

伴随所述转动部件的运动、使所述微小镜片的特定部位与所述基板间的距离变化的作用部件；

所述转动部件，具有：配置在所述转动轴上的支承部，和

与所述支承部结合的平板部；

所述转动部件的所述平板部，包括存在于所述转动轴的对称位置的第1导电性部分及第2导电性部分；

所述多个固定电极片，包括：隔着间隙地与所述平板部的第1导电性部分相对的第1固定电极片，和

隔着间隙地与所述平板部的第2导电性部分相对的第2固定电极片，

通过对所述多个固定电极片有选择地外加驱动电压，使所述转动部件转动且控制所述作用部件的位移，从而能够双向控制与所述多个固定电极片对应的所述微小镜片的各个特定部位的位移，使其朝接近及离开所述基板的方向位移。

2.如权利要求1所述的可变形反射镜，其特征在于，所述作用部件，具有：平板状的中间连接部件，和

将所述可动电极中的第1导电性部分及第2导电性部分中的一个与所述中间连接部件结合的多个突起部件；

在所述中间连接部件的大致中心部，所述中间连接部件与所述微小镜片连接。

3.如权利要求1或2所述的可变形反射镜，其特征在于，所述多个驱动部的每一个，还具有第3固定电极；

所述第3固定电极，被外加有独立的驱动电压的多个固定电极片分割，

通过向所述第3固定电极中的所述多个固定电极片外加选择性的驱动电压，使所述转动部件转动且控制所述作用部件的位移，可独立控制与所述第3固定电极中的所述多个固定电极片对应的所述微小镜片的各特定部位的位移的设定，从而至少能够对所述微小镜片在相对于所述基板的垂直位移方向，和对所述微小镜片在相对于所述基板的2个轴倾斜方向进行控制。

4.如权利要求1或2所述的可变形反射镜，其特征在于，所述多个微小镜片的每一个，反射波长λ的光；

所述多个驱动部，控制所述微小镜片的配置关系，从而使被所述多个微小镜片包含的某个微小镜片反射的光的光路长，与被与所述某个微小镜片相邻的微小镜片反射的光的光路长的差，实质上成为n·λ其中，n是整数。

5.如权利要求1或2所述的可变形反射镜，其特征在于，所述固定电极片，还具有能外加互相独立的驱动电压的多个部分电极，

所述多个部分电极，至少包含其面积互不相同的第1及第2部分电极；所述第2部分电极的面积，设定成小于所述第1部分电极的面积，而且，所述第2部分电极，设置在比所述第1部分电极靠近所述转动轴的位置。

6.如权利要求5所述的可变形反射镜，其特征在于，从所述第1部分电极的中心到所述转动轴之间的距离、与所述第1部分电极的面积之积，相对于从所述第2部分电极的中心到所述转动轴之间的距离、与所述第2部分电极的面积之积，实质上存在着2的乘方倍的关系。

7.如权利要求1或2所述的可变形反射镜，其特征在于，在所述基板上具有生成所述驱动电压的驱动电路。

8.如权利要求1或2所述的可变形反射镜，其特征在于，至少所述固定电极及可动电极，是由布图后的导电性膜形式。

9.一种光控制装置，其特征在于：具有多个微小镜片被基板支承的可变形反射镜，利用所述可变形反射镜将光源射出的光束的波面，变换成所需要的目标波面，

包括：设定所述目标波面的电子束控制目标设定部件，

根据所述电子束控制目标设定部件的输出、设定所述各微小镜片与所述基板的配置关系的目标值的反射镜控制目标设定部件，以及

根据所述反射镜控制目标设定部件的输出，控制所述各微小镜片的反射镜控制部件；

所述可变形反射镜，是权利要求1或2所述的可变形反射镜。

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