JP2002156513A - 可変形状鏡 - Google Patents

可変形状鏡

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JP2002156513A
JP2002156513A JP2000349924A JP2000349924A JP2002156513A JP 2002156513 A JP2002156513 A JP 2002156513A JP 2000349924 A JP2000349924 A JP 2000349924A JP 2000349924 A JP2000349924 A JP 2000349924A JP 2002156513 A JP2002156513 A JP 2002156513A
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JP
Japan
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thin film
mirror
deformable mirror
magnetic flux
opening
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JP2000349924A
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English (en)
Inventor
Shinji Kaneko
新二 金子
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、凸面形状や比較的低電圧での動作が
可能で、高速動作にも適した小型の可変形状鏡を提供す
る。 【解決手段】本発明の一態様によると、反射面を有し、
内部を電荷が移動可能な薄膜と、上記電荷の移動経路の
少なくとも一部を横切りかつ上記薄膜に平行な方向の成
分を有する磁束を、発生可能な磁束源とを有し、上記電
荷と上記磁束の相互作用により、上記薄膜が変形可能に
構成されていることを特徴とする可変形状鏡が提供され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は曲率を連続的に可変
せしめる可変形状鏡に係り、特に、半導体技術を応用し
た小型の可変形状鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ピックアップなどのマイクロオプティ
クスに適用される微小な光学系において、従来は、電磁
式アクチュエータを用いていたフォーカシング等に関係
する機構の簡素化を目的として、反射面の曲率を変える
ことができる超小型の可変焦点鏡の提案が行われてい
る。
【0003】また、小型の撮像用光学系においても、可
変焦点鏡の適用は、小型化に大きく寄与することができ
る。
【0004】このような可変焦点鏡では、半導体製造技
術を適用した、いわゆるMEMS(Micro Electro-Mecha
nicalSystem)技術を適用することによって、低コスト・
高精度の製作が期待できる。
【0005】この種の可変形状鏡の駆動方法としては、
例えば、特開平2−101402号公報に開示されてい
るような静電引力を用いる方法が一般的であるが、通
常、この方式は高い駆動電圧を要するので、用途によっ
ては、低電圧駆動が可能な電磁駆動式が好適な場合があ
る。
【0006】この電磁駆動の可変形状鏡の一例として
は、特開平8−334708号公報に開示されている方
法がある。
【0007】すなわち、この特開平8−334708号
公報においては、周縁が筐体に支持されて周縁部以外は
変形可能な可撓性を有する鏡において、上記鏡の裏面に
マグネット板を配し、上記筐体側に、このマグネット板
と所定の間隙を挟んでソレノイド磁石を対向配置し、こ
のソレノイドで発生する電磁力を上記マグネット板に及
ぼして吸引・反発させることによって、上記鏡を変形さ
せる技術が開示されている。
【0008】次に、上記特開平2−101402号公報
に開示されている静電引力駆動方式を用いる反射鏡装置
について、図1及び図2を用いて簡単に説明する。
【0009】図1の(a),(b)は、上記特開平2−
101402号公報に開示されている静電引力駆動方式
を用いる反射鏡装置の構成を示す断面図と斜視図であ
る。
【0010】図1の(a),(b)において、参照符号
11は、ガラス等の絶縁基板(以下、ガラス基板と記
す)であり、このガラス基板11の上面には、導電性薄
膜からなる固定側電極層12が被着されている。
【0011】また、参照符号13は、シリコン等の半導
体基板(以下、シリコン基板と記す)であり、このシリ
コン基板13の一主面には絶縁薄膜として二酸化シリコ
ンの薄膜14が形成されている。
【0012】また、参照符号15は、上記シリコン基板
13の中央部の他主面に形成された空所であり、この空
所15は上記二酸化シリコンの薄膜14の中央部を厚さ
方向へ変位可能に設定するものである。
【0013】また、参照符号16は、可動側電極層であ
り、この可動側電極層16は上記二酸化シリコンの薄膜
14に積層されて形成されている。
【0014】上記二酸化シリコンの薄膜14及び可動側
電極層16の中央部は反射鏡部17を構成している。
【0015】そして、この反射鏡部17は、固定側電極
層12と可動側電極層16との両電極層間に印加された
電圧により、該固定側電極層12側へ凹入変形するよう
になっている。
【0016】上記シリコン基板13は、二酸化シリコン
薄膜14側を下側にしてガラス基板11にスペーサ部材
18を介して接合されている。
【0017】なお、図1の(a),(b)において、参
照符号19は、シリコン基板13の他主面に形成された
二酸化シリコンの薄膜である。
【0018】上記反射鏡装置の製造は、図2に示すよう
にして行われる。
【0019】図2の(a)乃至(e)は、上記特開平2
−101402号公報に開示されている静電引力駆動方
式を用いる反射鏡装置の製作工程を説明するための断面
図である。
【0020】まず、図2の(a)に示すように、両面を
鏡面研磨した面方位<100>のシリコン基板13の両
面に厚さ400〜500nmの二酸化シリコン薄膜1
9,14を形成し、さらに、下側の薄膜14上に厚さ1
00nm程度の金薄膜16を被着する。
【0021】次に、図2の(b)に示すように、所定パ
ターンのフォトレジスト20を塗布し、フォトリソグラ
フィーにより円形の窓孔21を形成する。
【0022】その後、基板の下側の面を保護した状態
で、フォトレジスト20をマスクとして、フッ酸系の溶
液で二酸化シリコン薄膜14に窓あけを行う。
【0023】次に、図2の(c)に示すように、エチレ
ン・ジアミン・ピカテコールの水溶液にシリコン基板1
3を浸して、窓孔21の部分からシリコン基板をエッチ
ングする。
【0024】この際、図示したように、エッチングは、
下面側の二酸化シリコン16が露出した時点で停止す
る。
【0025】このようにして、二酸化シリコン膜14と
金薄膜16とからなる薄膜上の反射鏡部17が残存す
る。
【0026】一方、上記工程とは別に、図2の(d)に
示すように、厚さ300nmのガラス基板11の上面
に、固定側電極層12として、厚さ100nmの金属膜
を形成する。
【0027】次に、図2の(e)に示すように、ガラス
基板11上に、厚さ100μm程度のポリエチレン製ス
ペーサ部材18を介してシリコン基板13を接着すれ
ば、図1に示した反射鏡装置が製作される。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な特開平2−101402号公報に開示されている静電
駆動式の可変形状鏡は、構造が単純で、対向する電極の
一方を分割することによって高い形状制御性が得られる
などの利点があるものの、その一方では駆動に高い電圧
が必要とされることや、凸形状の反射面を得るのが難し
いといった問題点がある。
【0029】また、上述のような静電駆動式の可変形状
鏡は、反射面と対向電極が近接して配置されているの
で、エアダンピングの影響が大きく、高速の動作が難し
いといった問題もある。
【0030】本発明はこれらの点に鑑みて成されたもの
で、凸面形状や比較的低電圧での動作が可能で、高速動
作にも適した小型の可変形状鏡を得ることを目的とす
る。
【0031】
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、(1) 反射面を有し、内部を電
荷が移動可能な薄膜と、上記電荷の移動経路の少なくと
も一部を横切りかつ上記薄膜に平行な方向の成分を有す
る磁束を、発生可能な磁束源とを有し、上記電荷と上記
磁束の相互作用により、上記薄膜が変形可能に構成され
ていることを特徴とする可変形状鏡が提供される。
【0032】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(2) 開口部を有する枠部材と、上記開口
部に支持されており、反射面を有する導電層が形成され
た薄膜と、上記薄膜に略平行な方向の磁場を発生する手
段とを有し、上記導電層は、上記磁場と略直交する方向
に電流が流れる部分が存在することを特徴とする可変形
状鏡が提供される。
【0033】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(3) 上記導電層には、電流経路が形成さ
れており、上記電流経路は、上記開口部に対応する部分
で、上記磁場の方向と略直交する同一方向の経路が複数
存在するパターンで形成されていることを特徴とする
(2)記載の可変形状鏡が提供される。
【0034】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(4) 上記磁場を発生する手段は、上記枠
部材の上記開口部を挟んで対向するよう配置された永久
磁石を含むことを特徴とする(2)または(3)記載の
可変形状鏡が提供される。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、図3乃至図5を参照して本
発明の実施の形態について説明する。
【0036】図3は、本発明の一実施の形態による可変
形状鏡101の構成を示す斜視図である。
【0037】図4は、図3の中央部の断面構造を示す断
面図である。
【0038】すなわち、この実施の形態による可変形状
鏡101は、円形開口部102と2つの矩形開口部10
3を有する基板104と、一対の永久磁石105及びコ
の字型のヨーク106とで構成されている。
【0039】上記円形開口部102には、反射面を有す
る薄膜107が形成されており、この領域がミラーとし
て機能する。
【0040】上記永久磁石105は、上記矩形開口部1
02に差し込まれるように配置されており、上記ヨーク
106によって薄膜107には、この膜に平行な方向に
概ね均一な磁束が生じる。
【0041】この場合、矩形開口部103に永久磁石1
05が差し込まれる形で配置されているため、円形開口
部102に近接して磁石を配置することが可能で、円形
開口部102に対して平行で均一かつ大きな磁束密度を
得ることができる。
【0042】この結果、後述するコイル110に流れる
電流が、比較的小さい場合であっても、大きなミラー変
形量が得られる。
【0043】すなわち、上記基板104の裏面には、後
で説明するようなコイル110が形成されており、この
コイル110に電流を流すことによって、薄膜107に
鉛直な方向の力を作用させて変形させることで可変形状
鏡101として機能させることができるようになる。
【0044】次に、基板104の裏面に形成されるコイ
ル110の構成について、図5の(a),(b)を用い
て説明する。
【0045】この基板104の表面全体には、反射面と
なる薄いアルミニウム薄膜108とポリイミド薄膜10
9とが形成されている。
【0046】そして、表面側から基板104をエッチン
グすることで円形開口部102と矩形開口部103とが
形成される。
【0047】この場合、円形開口部102の領域では、
これらの薄膜108,109は残存させられるが、矩形
開口部103では完全に除去される。
【0048】ここで、円形開口部102では表面側から
見てアルミニウム薄膜が露出しており、この領域が反射
膜となる。
【0049】そして、基板104の裏面には、図示した
ように金属薄膜パターンによるコイル110が形成され
ている。
【0050】このコイル110の両端には、電極パッド
111が形成されており、ここに接続された配線(図示
せず)に電圧を印加することによって電流が流れるが、
円形開口部102の上部を通過する部分については、常
に、一定方向に電流が流れるように配置されている。
【0051】この電流が流れる向きは、図3で説明した
永久磁石105によって生じる磁束の方向に直交してお
り、これによって生じる力は、常に、基板104に対し
て鉛直で、印加する電圧の極性を変えることによって、
発生する力の方向を逆向きにすることができる。
【0052】従って、薄膜107を凹凸のいずれの方向
にも変形させることが可能で、印加電圧を調整して流れ
る電流を制御することで変形量をコントロールすること
ができる。
【0053】すなわち、上述したように、円形開口部1
02の上部を通過する部分における電流の向きは、永久
磁石105によって生じる磁束の方向に、常に、直交し
ており、これによって生じる力は、常に、基板104に
対して鉛直で、印加する電圧の極性を変えることによっ
て、発生する力の方向を逆向きにすることができるの
で、薄膜107を凹凸のいずれの方向にも変形させるこ
とが可能で、印加電圧を調整して流れる電流を制御する
ことで変形量をコントロールすることができるととも
に、円形開口部102の全領域で発生する力が均一であ
るため、収差の少ない良好な反射面形状が容易に得られ
る。
【0054】また、コイル110の配線パターンの引き
回しに関しては図から分かるように円形開口部102の
領域を通る配線に関しては磁場に直交する方向に電流が
流れるように形成されているため、変形部分に螺旋状の
コイルを配置する場合と比較して単位面積あたりの発生
力量が大きくなり、結果として大きな変形量が得られ
る。
【0055】加えて、円形開口部102を通る配線とは
異なる方向に電流が流れる部分については、磁場が形成
される矩形開口部103の間の領域の外側を通るように
配置されているので、矩形開口部103の間隔を、円形
開口部102の外形よりも僅かに大きい程度にすること
ができることから、円形開口部102に形成した薄膜の
領域で大きな磁束密度を得ることが可能である。
【0056】また、コイル110に印加する電圧の極性
を反転させることによって作用する力の方向を逆向きに
することができるので、凹面から凸面まで連続的に変化
させることができる。
【0057】なお、円形開口部102に作用する力は、
コイル110に流れる電流が一定であれば、この領域を
横切る配線の数(コイル110の巻き数に対応する)に
比例するので、配線幅を小さくして横切る配線の数を多
くすることによって小さい駆動電流で大きなミラー変形
を得ることができる。
【0058】さらに、この形態では永久磁石105が反
射面に対向して配置されていないので、反射面に近接し
て対向電極を配置する静電駆動式の可変形状鏡と比較す
るとエアダンピングの影響が小さく、高い応答性が得ら
れる。
【0059】
【発明の効果】従って、以上のように、本発明によれ
ば、凸面形状や比較的低電圧での動作が可能で、高速動
作にも適した小型の可変形状鏡を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1の(a),(b)は、従来技術として特開
平2−101402号公報に開示されている静電引力駆
動方式を用いる反射鏡装置の構成を示す断面図と斜視図
である。
【図2】図2の(a)乃至(e)は、従来技術として特
開平2−101402号公報に開示されている静電引力
駆動方式を用いる反射鏡装置の製作工程を説明するため
の断面図である。
【図3】図3は、本発明の一実施の形態による可変形状
鏡101の構成を示す斜視図である。
【図4】図4は、図3の中央部の断面構造を示す断面図
である。
【図5】図5は、図3の基板104の裏面に形成された
コイルの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
101…可変形状鏡、 102…円形開口部、 103…矩形開口部、 104…基板、 105…永久磁石、 106…ヨーク、 107…薄膜、 108…アルミニウム薄膜、 109…ポリイミド薄膜、 110…コイル、 111…電極パッド。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反射面を有し、内部を電荷が移動可能な
    薄膜と、 上記電荷の移動経路の少なくとも一部を横切りかつ上記
    薄膜に平行な方向の成分を有する磁束を、発生可能な磁
    束源とを有し、 上記電荷と上記磁束の相互作用により、上記薄膜が変形
    可能に構成されていることを特徴とする可変形状鏡。
  2. 【請求項2】 開口部を有する枠部材と、 上記開口部に支持されており、反射面を有する導電層が
    形成された薄膜と、 上記薄膜に略平行な方向の磁場を発生する手段とを有
    し、 上記導電層は、上記磁場と略直交する方向に電流が流れ
    る部分が存在することを特徴とする可変形状鏡。
  3. 【請求項3】 上記導電層には電流経路が形成されてお
    り、 上記電流経路は、上記開口部に対応する部分で、上記磁
    場の方向と略直交する同一方向の経路が複数存在するパ
    ターンで形成されていることを特徴とする請求項2記載
    の可変形状鏡。
  4. 【請求項4】 上記磁場を発生する手段は、 上記枠部材の上記開口部を挟んで対向するよう配置され
    た永久磁石を含むことを特徴とする請求項2または3記
    載の可変形状鏡。
JP2000349924A 2000-11-16 2000-11-16 可変形状鏡 Withdrawn JP2002156513A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006293367A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Lg Electronics Inc 電磁力駆動可変焦点ミラーおよびその駆動方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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