JP2002311213A - Variable shape optical element and optical element unit - Google Patents

Variable shape optical element and optical element unit

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JP2002311213A
JP2002311213A JP2001118640A JP2001118640A JP2002311213A JP 2002311213 A JP2002311213 A JP 2002311213A JP 2001118640 A JP2001118640 A JP 2001118640A JP 2001118640 A JP2001118640 A JP 2001118640A JP 2002311213 A JP2002311213 A JP 2002311213A
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pressure
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Shinji Kaneko
新二 金子
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Olympus Optical Co Ltd
オリンパス光学工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost variable shape optical unit, which improves responsiveness, is miniaturized and can provide sufficient displacement, an optical element unit therefor, a miniaturized high-efficiency transmission type variable shape optical element and an optical element unit therefor. SOLUTION: This variable shape optical element is composed of a light transmissive elastic member, in which the elastic modulus of a first face is higher than that of a second face confronted to the first face, and a focal distance is made variable by selectively deforming the second face of the elastic member by applying pressure to the second face side of the elastic member. Otherwise, the variable shape optical element has a light transmissive elastic member and a transparent rigid member bonded to the first face of the elastic member and the focal distance is made variable by selectively deforming the second face of the elastic member by applying pressure to the second face confronted to the first face of the elastic member.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [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光学素子及び光学素子ユニットに係り、特に、半導体技術を応用した小型の可変形状光学素子光学素子ユニットに関するものである。 The present invention relates to relates to a variable shape optical element and the optical element unit allowed to continuously vary the curvature, in particular, to a compact variable shape optical element optical element unit which applies a semiconductor technology.

【0002】 [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。 BACKGROUND OF THE INVENTION micro optical system applied to the micro-optics such as an optical pickup, conventionally for the purpose of simplifying the mechanism related to focusing or the like which has an electromagnetic actuator, varying the curvature of the reflecting surface proposal miniature varifocal mirror is made capable.

【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。 [0003] Also in compact optical system for imaging, the application of the variable focus mirror can greatly contribute to miniaturization.

【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 Ele [0004] In such a variable focus mirror, and applying the semiconductor manufacturing technology, so-called MEMS (Micro Ele
ctro−Mechanical System )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。 By applying ctro-Mechanical System) technology, the fabrication of low cost and high accuracy can be expected.

【0005】この種の可変形状鏡の駆動方法としては、 [0005] As a driving method of such a deformable mirror,
特開平2−101402号公報に開示されている静電引力を用いる方法や、特公平3−81132号公報に開示されている圧電効果を利用する方法や特開平1−219 A method using an electrostatic attraction as disclosed in JP-A-2-101402, methods and JP utilizing piezoelectric effect disclosed in Japanese Patent KOKOKU 3-81132 1-219
801号公報に開示されている流体圧を用いる方法などが知られている。 It is known a method using a fluid pressure which is disclosed in 801 JP.

【0006】これらの方式にはそれぞれ一長一短があるが、凹面から凸面まで比較的大きな変位を必要とする用途には流体圧を利用する方法が特に適している。 [0006] There are Each of these methods advantages and disadvantages, for applications requiring a relatively large displacement from the concave to the convex method utilizing a fluid pressure is particularly suitable.

【0007】このような流体圧駆動の可変形状鏡の例として、上述の特開平1−219801号公報に開示された手法について、図1を用いて簡単に説明する。 [0007] Examples of the deformable mirror of such a fluid pressure driven, the technique disclosed in JP-A-1-219801 discloses the above will be briefly described with reference to FIG.

【0008】この可変焦点鏡1は、シェル2と、室圧調整装置3と、反射鏡4とにより構成されている。 [0008] The variable focus mirror 1 includes a shell 2, a chamber pressure regulator 3 is constituted by a reflecting mirror 4.

【0009】シェル2には圧力室5が形成され、その開口部にはOリング6により反射鏡4を気密に保持する保持部7が形成されている。 [0009] The pressure chamber 5 is formed in the shell 2, the holding unit 7 for holding the reflecting mirror 4 in an airtight manner and is formed by an O-ring 6 is in the opening.

【0010】圧力室5には、室圧調整装置3の圧力計8 [0010] The pressure chamber 5, the pressure of the chamber pressure regulator 3 Total 8
と配管9とが接続されている。 And the pipe 9 is connected.

【0011】配管9は圧縮機配管系9aと真空ポンプ配管系9bとにわかれ、電磁式操作弁10a、10bにより圧縮機11aと真空ポンプ11bとに適宜切り替え可能に構成されている。 [0011] pipe 9 is divided into a compressor piping system 9a and the vacuum pump piping system 9b, and is switchably configured appropriately and compressor 11a and the vacuum pump 11b electromagnetic operating valve 10a, by 10b.

【0012】この切り替えは制御部12により、電磁式操作弁10a、10bをそれぞれ開閉操作することにより行うべく構成されている。 [0012] This switching by the control unit 12 is configured to perform by opening and closing operation electromagnetic operating valve 10a, 10b, respectively.

【0013】反射鏡4は薄板よりなり、その反射面13 [0013] The reflector 4 is made of a thin plate, the reflecting surface 13
にはアルミニウムなどの反射材料がコーティングされている。 Reflective material such as aluminum is coated on.

【0014】以上のように構成された可変焦点鏡1において、凹面の反射面13aとするには制御部12の操作により電磁式操作弁10aを閉じ、電磁式操作弁10b [0014] In the variable focus mirror 1 configured as described above, in the concave reflecting surface 13a closes the electromagnetic operating valve 10a by the operation of the control unit 12, the electromagnetic operating valve 10b
を解放する。 The release.

【0015】圧力室5は、真空ポンプ配管系9bに通じていることにより、真空ポンプ11bにより負圧となる。 [0015] The pressure chamber 5, by leads to a vacuum pump piping system 9b, a negative pressure by a vacuum pump 11b.

【0016】従って、反射鏡4は圧力室5側へ撓み、凹面状の反射面13aとなる。 [0016] Thus, the reflecting mirror 4 flexes to the pressure chamber 5 side and concave reflecting surface 13a.

【0017】一方、凸面の反射面13bとするには、制御部12の操作により電磁式操作弁10aを解放し、電磁式操作弁10bを閉じる。 Meanwhile, in a reflection surface 13b of the convex releases the electromagnetic operating valve 10a by the operation of the control unit 12 closes the electromagnetic operating valve 10b.

【0018】圧力室5は圧縮機配管系9aに通じていることにより、圧縮機11aにより正圧となる。 [0018] The pressure chamber 5 by leads to the compressor piping system 9a, a positive pressure by the compressor 11a.

【0019】従って、反射鏡4は、圧力室5とは反対側に撓み、凸面状の反射面13bとなる。 [0019] Thus, the reflecting mirror 4, the deflection on the opposite side of the pressure chamber 5, a convex reflecting surface 13b.

【0020】さらには、圧力室5の圧力を外部圧と同一になるように制御してやれぱ、反射面13は自身の弾性により平滑な反射面13cとなる。 [0020] Furthermore, Pa 'em controlled to be a pressure in the pressure chamber 5 the same as the external pressure, the reflecting surface 13 is a smooth reflecting surface 13c by its own elasticity.

【0021】また、反射面13の形状は圧力計8の計測値に基づいて制御部12の動作を制御することによって、反射鏡4を任意の焦点距離に連続的に設定することができる。 Further, the shape of the reflecting surface 13 by controlling the operation of the control unit 12 based on the measurement values ​​of the pressure gauge 8, it is possible to continuously set the reflector 4 at any focal length.

【0022】このような流体圧を駆動源とする可変形状鏡は、変位量が電極間距離で制限される静電引力駆動や反射面の材料の制限から大きな撓みを与えることが難しい圧電駆動式による可変形状鏡と比較して、特に広範囲の焦点距離変化を必要とする用途に好適である。 The deformable mirror is, the amount of displacement is the electrostatic attraction drive and reflective surface material limits from a larger deflection can be difficult piezoelectric-type or give a limited by the distance between the electrodes to such fluid pressure as a driving source compared to the deformable mirror according to a suitable application that specifically require the focal length changes in a wide range.

【0023】 [0023]

【発明が解決しようとする課題】上述のような流体圧式の可変焦点鏡の問題は、ポンプもしくは圧縮機を必要とするため小型化が非常に困難であるということである。 [0005] The variable focus lens of hydraulic as described above problem is that downsizing is very difficult because it requires a pump or compressor.

【0024】また、上述のような流体圧式の可変焦点鏡は、バルブなどの複雑な機構を有し、ポンプと圧力室の流路に起因した効率や応答性の低下といった問題もある。 [0024] The variable focus lens of hydraulic as described above, has a complicated mechanism such as valves, pumps and such reduction in resulting from the efficiency and responsiveness in the flow path of the pressure chamber problem also.

【0025】本発明の目的は、応答性が高く、小型で十分な変位の得られる低コストの可変形状光学素子及び光学素子ユニットを提供することである。 It is an object of the present invention has high responsiveness, is to provide a variable shape optical element and the optical element unit cost obtained a small and sufficient displacement.

【0026】また、流体圧を利用する方法は原理上可変焦点鏡の変形部位に均一な力を作用させることになるので変形形状は回転対称になるが、反射光学系は光路の関係で斜め方向からの入射となるのが一般的であるので大きな収差が生じる。 Further, although the deformed shape so methods utilizing fluid pressure would exert a uniform force on the deformed portion of the principle varifocal mirror becomes rotationally symmetric, reflective optics oblique direction in relation to the optical path large aberration because of the incident is generally from results.

【0027】この点では透過型の可変形状光学素子(すなわち、可変形状レンズ)が有利であるが、例えば、特開平3−27090号公報のような従来の可変焦点レンズは変形部材を容器に封止する必要があり、組立が複雑で小型化に適したものではないという問題がある。 The sealing transmission of the deformable optical element in this regard (i.e., variable-shape lens) but is advantageous, for example, the conventional variable focus lens as in JP-A 3-27090 Patent Publication No. deformation member to the container must stop, the assembly there is a problem that not suitable for complex miniaturized.

【0028】本発明の他の目的は、小型で高効率の透過型の可変形状光学素子及び光学素子ユニットを提供することである。 [0028] Another object of the present invention is to provide a transmission type shape-variable optical element and the optical element unit of small size and high efficiency.

【0029】 [0029]

【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) 第1の面の弾性率が、該第1の面に対向する第2の面より高くなされている光透過性の弾性部材からなり、前記弾性部材の前記第2の面の側に圧力が加えられることにより、前記弾性部材の前記第2の面を選択的に変形させて、焦点距離が可変とされることを特徴とする可変形状光学素子が提供される。 According to Means for Solving the Problems] The present invention, in order to solve the above problems, (1) an elastic modulus of the first surface, is made higher than the second surface opposite the first surface made of a light transparent elastic member are, by the pressure exerted on the side of the second surface of the elastic member, said the second surface of the elastic member selectively deformed, variable focal length the deformable optical element is provided, characterized in that are.

【0030】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(2) 光透過性の弾性部材と、前記弾性部材の第1の面に接合される透明な剛性部材とを有し、前記弾性部材の前記第1の面に対向する第2の面に圧力が加えられることにより、前記弾性部材の前記第2の面を選択的に変形させて、焦点距離が可変とされることを特徴とする可変形状光学素子が提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, and a (2) an optically transparent elastic member, a transparent rigid member is joined to the first surface of the elastic member, by the pressure applied to the second surface opposite to the first surface of the elastic member, said the second surface of the elastic member selectively deform, that the focal length is variable the deformable optical element is provided, wherein.

【0031】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(3) 弾性部分に圧力が加えられることにより、前記弾性部分の形状を変化させて焦点距離が可変とされる可変形状光学素子と、前記可変形状光学素子の一部と接合されると共に、前記可変形状光学素子を支持する構造体と、前記可変形状光学素子の前記弾性部分に圧力を加えるように、前記可変形状光学素子の前記弾性部分に接合される圧力室と、チャンバーと、該チャンバーの側壁の一部を兼ねるダイアフラムと、前記チャンバーに接続される吸入及び排出用ノズルとを有するポンプ手段と、前記ポンプ手段のダイアフラムを振動させる振動手段とを具備し、前記ポンプ手段は、前記圧力室と前記構造体外部に接続され、かつ、少なくとも前記圧力室の一部と前記ポンプ Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (3) by the pressure applied to the elastic portion, the deformable optic which said the shape of the elastic part is changed the focal length is variable and the element, while being joined to a portion of the deformable optical element, the deformable and the structure for supporting the optical element, to apply pressure to said resilient portion of said shape-variable optical element, the shape-variable optical element a pressure chamber wherein is joined to the elastic portion of the chamber, a pump means having a diaphragm serving as a part of the side wall of the chamber, a suction and discharge nozzle connected to the chamber, the diaphragm of the pump means comprising a vibration means for vibrating said pump means is connected to said structure external to the pressure chamber, and said at least a part of the pressure chamber pump 手段のチャンバーの一部とが同一の構造体内に設けられ、前記振動手段の振動周波数または振幅を制御することにより、前記可変形状光学素子の焦点距離を可変とすることを特徴とする光学素子ユニットが提供される。 Some of the chamber means and is provided on the same structure, by controlling the oscillation frequency or amplitude of the vibration means, the optical element unit, characterized in that the focal length of the variable-shape optical elements with variable There is provided.

【0032】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(4) 前記構造体の可視部分に光軸調整用の標点を具備することを特徴とする(3)記載の光学素子ユニットが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (4) the structure is characterized by comprising a gauge for adjusting the optical axis in the visible portion of the (3) The optical element according unit is provided.

【0033】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(5) 前記可変形状光学素子は、光透過性であり、第1の面は剛性を有し、前記第1の面に対向する第2の面は第1の面よりも低い弾性率を有し、前記第2の面が圧力を加えるべき弾性部分とした可変形状レンズであることを特徴とする(3)または(4)記載の光学素子ユニットが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (5) the shape-variable optical element is a light-transmissive, the first surface has a stiffness, the first surface a second surface opposite has a lower modulus of elasticity than the first surface, wherein the second surface is variable shape lens with a resilient portion to exert pressure (3) or (4 ) optical element unit according is provided.

【0034】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(6) 前記可変形状光学素子は、少なくとも第1の面に反射面をもつ可撓性薄膜であり、前記可撓性薄膜の第2の面側が、前記圧力を加えるべき弾性部分とした可変形状鏡であることを特徴とする(3)または(4)記載の光学素子ユニットが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (6) the shape-variable optical element is a flexible membrane having a reflective surface on at least a first surface, said flexible membrane second surface of, characterized in that a variable shape mirror that is an elastic portion should be added the pressure (3) or (4) an optical element unit according is provided.

【0035】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(7) 前記ポンプ手段及び振動手段をそれぞれ複数具備し、少なくとも一つ以上の前記ポンプ手段が前記圧力室を加圧するように接続され、他の一つ以上の前記ポンプ手段が前記圧力室を減圧するように接続され、前記複数のポンプ手段の各チャンバーが前記可変形状光学素子の光軸に直交する線を挟んで配置されることを特徴とする(3)または(4)記載の光学素子ユニットが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, (7) the pumping means and the vibrating means each plurality comprising, as at least one of said pump means pressurizing the pressure chamber is connected, the other one or more of said pump means is connected so as to reduce the pressure of the said pressure chamber, is arranged across the lines each chamber of said plurality of pump means is perpendicular to the optical axis of the shape-variable optical element characterized Rukoto (3) or (4) an optical element unit according is provided.

【0036】また、本発明によると、上記課題を解決するために、(8) 前記加圧用のポンプ手段の振動手段または減圧用のポンプ手段の振動手段を停止させて、前記圧力室内の圧力を所望の値に制御することを特徴とするとする(7)記載の光学素子ユニットが提供される。 Further, according to the present invention, in order to solve the above problems, the pressure of stopping, the pressure chamber of the vibration means of the vibration means or pump means for decompression of the pumping means (8) the pressurization and characterized by controlling to a desired value (7) an optical element unit according is provided.

【0037】なお、以上の構成並びに本明細書で使用するテクニカルタームは、以下のような定義に基づいている。 [0037] In the above configuration, as well as the technical terms used herein are based on the following definition.

【0038】・可変形状光学素子:圧力、静電気力などでその形状を制御して、焦点距離を可変とした光学素子。 [0038] - shape-variable optical element: pressure, by controlling the shape or the like electrostatic force, an optical element in which the focal length is variable.

【0039】・ダイアフラム:振動する薄膜、隔膜。 The diaphragm: a thin film to be vibration, diaphragm.

【0040】・圧力室:可変形状光学素子の弾性部分に圧力を加えるための空間。 [0040] Pressure chamber - the deformable optical space for applying pressure to the elastic portion of the element.

【0041】・MEMS:Micro Electro [0041] · MEMS: Micro Electro
−Mechanical System、半導体製造プロセスを用いたマイクロマシン。 -Mechanical System, micromachines using semiconductor fabrication processes.

【0042】・排気用チャンバー:圧力室からの排気ポンプのチャンバーであって、ダイアフラムも含む。 [0042] and exhaust chamber: a chamber of the exhaust pump from the pressure chamber, also including the diaphragm.

【0043】・吸気用チャンバー:圧力室への吸気ポンプのチャンバーであって、ダイアフラムを含む。 [0043]-intake chamber: a chamber of the intake pump to the pressure chamber, including the diaphragm.

【0044】・チャンバー:ポンプの圧力室(チャンバー)であって、ダイアフラム自体も含む。 [0044] chamber: a pressure chamber of the pump (chamber), also including the diaphragm itself.

【0045】・ノズル:チャンバーと圧力室または外部を接続し、流体の流路となり、チャンバー側とその逆側では断面積が異なる。 The nozzle: Connect the chamber and the pressure chamber or external, becomes as fluid passages, the cross-sectional area varies in chamber side and the opposite side.

【0046】・標点:光学素子の光軸を合わせる調整のためのマーク。 [0046] - a gauge: mark for adjustment to align the optical axis of the optical element.

【0047】 [0047]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Referring to DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The drawings will be described embodiments of the present invention.

【0048】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態について図2乃至図5を用いて説明する。 [0048] will be described with reference to FIGS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention.

【0049】図2の(a),(b)は、本発明による第1の実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を示す上面斜視図と背面斜視図である。 [0049] in FIG. 2 (a), (b) is a rear perspective view and a top perspective view showing the overall configuration of the deformable optical element according to the first exemplary embodiment of the present invention.

【0050】図2の(a),(b)に示すように、可変形状光学素子は、上部基板201と下部基板202とが接合されており、上部基板201の上部には透明な可撓性薄膜部材203が形成されている。 [0050] FIG. 2 (a), (b), the shape-variable optical element includes an upper substrate 201 and lower substrate 202 and are joined, transparent flexible the upper portion of the upper substrate 201 thin film member 203 is formed.

【0051】また、下部基板202には、2つの圧電振動子204と、4つのアルミニウム薄膜よりなる+字状の標点パターン200が形成されている。 [0051] Also, the lower substrate 202, two piezoelectric vibrators 204, four made of aluminum thin film +-shaped gauge pattern 200 is formed.

【0052】ここで、特に、図示していないが、各々の圧電振動子204の電極にはリード線が接続され、外部の駆動パルス発生器に接続されているものとする。 [0052] Here, in particular, although not shown, the electrodes of each piezoelectric vibrator 204 is connected to lead wires, it assumed to be connected to an external drive pulse generator.

【0053】図3の(a),(b),(c)は、図1の上部基板201の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び断面図である。 [0053] in FIG. 3 (a), (b), (c) is a rear perspective view and a cross-sectional view and a top perspective view showing the structure of the upper substrate 201 of FIG.

【0054】まず、図3の(a)に示すように、上部基板201を構成する単結晶シリコンよりなる基板208 [0054] First, as shown in FIG. 3 (a), made of a single crystal silicon forming the upper substrate 201 substrate 208
の上面には、厚さ1μmのポリイミド薄膜205が形成されている。 To the upper surface, the polyimide film 205 having a thickness of 1μm is formed.

【0055】また、基板208の可撓性薄膜部材203 [0055] Further, the flexible thin film member 203 of the substrate 208
が形成されている領域には、図3の(b)に示すように、円形の開口部206が形成されている。 The area are formed over a substrate as shown in (b) of FIG. 3, a circular opening 206 is formed.

【0056】ここで、図3の(c)に示すように、基板208の裏面207が前記下部基板202との接合面となる。 [0056] Here, as shown in (c) of FIG. 3, the rear surface 207 of the substrate 208 becomes the bonding surface of the lower substrate 202.

【0057】図4の(a),(b)は、図1の下部基板202の構造を示す上面斜視図と背面斜視図である。 [0057] in FIG. 4 (a), (b) is a rear perspective view and a top perspective view showing the structure of the lower substrate 202 of FIG.

【0058】図4の(a),(b)に示すように、下部基板202は、単結晶シリコン基板208にシリコン酸化膜209が積層された構造となっている。 [0058] in FIG. 4 (a), (b), the lower substrate 202, the silicon oxide film 209 has a stacked structure in the single crystal silicon substrate 208.

【0059】そして、この下部基板202単結晶シリコン基板208のシリコン酸化膜209が形成されていない面210が、前記上部基板201との接合面となる。 [0059] Then, the surface 210 of the silicon oxide film 209 of the lower substrate 202 single crystal silicon substrate 208 is not formed, the junction surface between the upper substrate 201.

【0060】そして、単結晶シリコン基板208には、 [0060] and, in the single-crystal silicon substrate 208,
前記上部基板201の円形の開口部206に対向する部位に円形の開口部が形成され、シリコン酸化膜209のみが残存する凹部211が構成される。 Wherein the circular opening in a portion opposed to the circular opening 206 of the upper substrate 201 is formed a recess 211 in which only the silicon oxide film 209 remaining formed.

【0061】そして、その凹部211の両側には、シリコン基板208の矩形開口部が形成され、シリコン酸化膜209のみが残存する吸気用チャンバー212と、排気用チャンバー213とが構成される。 [0061] Then, on both sides of the recess 211, a rectangular opening is formed in the silicon substrate 208, an intake chamber 212 that only the silicon oxide film 209 remains, constitute an exhaust chamber 213.

【0062】ここで、吸気用チャンバー212と凹部2 [0062] Here, the intake chamber 212 recess 2
11とは、シリコン基板208に形成された溝で構成される吸気ノズル214で連結されている。 11 and is connected by configured intake nozzle 214 in a groove formed in the silicon substrate 208.

【0063】また、排気用チャンバー213と凹部21 [0063] In addition, the exhaust chamber 213 and the recess 21
1とは、シリコン基板208に形成された溝で構成される排気ノズル215で連結されている。 1 and is connected by configured exhaust nozzle 215 in a groove formed in the silicon substrate 208.

【0064】そして、吸気ノズル214の幅は、図示したように、凹部211側で大きくなされている。 [0064] Then, the width of the intake nozzle 214, as shown, are made larger by the concave portion 211 side.

【0065】また、排気ノズル215の幅は、逆に、凹部211側で小さい形状となっている。 [0065] The width of the exhaust nozzle 215, in turn, has a small shape in the recess 211 side.

【0066】そして、吸気用チャンバー212とシリコン基板208の端面との間には、シリコン基板208に形成された溝で構成される吸気側開口216が形成されている。 [0066] Further, between the end face of the intake chamber 212 and the silicon substrate 208, the intake side opening 216 formed in the trench formed in the silicon substrate 208 is formed.

【0067】さらに、排気用チャンバー213とシリコン基板208との端面の間には、シリコン基板208に形成された溝で構成される排気側開口217が形成されている。 [0067] Furthermore, between the end surface of the exhaust chamber 213 and the silicon substrate 208, the exhaust-side opening 217 formed in the trench formed in the silicon substrate 208 is formed.

【0068】ここで、吸気側開口216の幅は、図示したようにシリコン基板208の端面側で小さくなされている。 [0068] Here, the width of the intake side opening 216 is made smaller at the end face side of the silicon substrate 208 as shown.

【0069】また、排気側開口217の幅は、逆に、シリコン基板208の端面側で大きい形状となっている。 [0069] The width of the exhaust opening 217, in turn, has a large shape in the end surface side of the silicon substrate 208.

【0070】次に、可撓性薄膜部材203の構造について図5を用いて説明する。 [0070] Next, the structure of the flexible thin film member 203 will be described with reference to FIG.

【0071】図5の(a),(b),(c)は、図1の可撓性薄膜部材203の構造及び動作を説明するための断面図である。 [0071] in FIG. 5 (a), (b), (c) is a sectional view for explaining the structure and operation of the flexible thin film member 203 of FIG.

【0072】図5の(a)に示すように、単結晶シリコン基板208の開口部206の領域でポリイミド薄膜2 [0072] FIG. As shown in 5 (a), a polyimide thin film 2 in the area of ​​the opening 206 of the single crystal silicon substrate 208
05上に設けられた可撓性薄膜部材203は、ポリイミド薄膜側の透明でゲル状の軟性部材218と、その上部に被着したガラス薄板219の2層構造となっている。 Flexible thin film member 203 provided on the 05, the gel-like flexible member 218 is transparent polyimide thin film side has a two-layer structure of the glass sheet 219 deposited thereon.

【0073】この構造で、開口部206側から正圧が加えられると、図5の(b)に示すように、ポリイミド薄膜205は上方に押し上げられて凸形状に変形するが、 [0073] In this structure, when a positive pressure is applied from the opening 206 side, as shown in (b) of FIG. 5, although polyimide thin film 205 is deformed is pushed upward in a convex shape,
上面のガラス薄板219は十分に剛性が高いので、全体としてはやや上方に移動するがほぼ平面形状を維持する。 Since the glass sheet 219 on the upper surface is sufficiently stiff, but as a whole moves slightly upward to maintain a substantially planar shape.

【0074】このため、ゲル状の軟性部材218は中心部分では薄く、周辺部分では厚い形状となり、凹レンズとして機能する。 [0074] Thus, a gel-like flexible member 218 is thin in the central portion becomes a thick shape in the peripheral portion, which functions as a concave lens.

【0075】逆に、開口部206側から負圧が加えられると、図5の(c)に示すように、ポリイミド薄膜20 [0075] Conversely, when a negative pressure is applied from the opening 206 side, as shown in (c) of FIG. 5, a polyimide film 20
5は下方に押し下げられて凹形状に変形するが、上面のガラス薄板219は十分に剛性が高いので、全体としてはやや下方に移動するがほぼ平面形状を維持する。 5 is deformed into a concave shape depressed downward, the glass sheet 219 on the upper surface is sufficiently stiff, but as a whole moves slightly downward to maintain a substantially planar shape.

【0076】このため、ゲル状の軟性部材218は中心部分では厚く、周辺部分では薄い形状となり、凸レンズとして機能する。 [0076] Thus, a gel-like flexible member 218 is thicker in the central portion becomes a thin shape in the peripheral portion, which functions as a convex lens.

【0077】このように、可撓性薄膜部材203は、開口部206の圧力を制御することによって、凹レンズから凸レンズまで連続的に変化する。 [0077] Thus, flexible thin film member 203, by controlling the pressure of the opening 206, continuously changes from concave to convex.

【0078】この方法は、液溜めを用いて弾性薄膜を変形させる方法や、特開平3−27090号公報に開示されているように、弾性部材を容器に封止する方法と比較すると、構造が単純で小型化に特に適している。 [0078] This method is a method of deforming the elastic film using a reservoir, as disclosed in JP-A-3-27090, when compared to a method for sealing the elastic member to the container, the structure is It is particularly suitable for simple and miniaturization.

【0079】また、ここでは、可撓性薄膜部材203 [0079] Further, here, the flexible thin film member 203
は、軟性部材218とガラス基板219との2層構造としたが、下面(ポリイミド薄膜205に接する面)の剛性が十分に小さく、上面側で高い剛性を有するように剛性が厚み方向で連続的に変化する透明な材料を用いても同様の効果が得られる。 Has been a two-layer structure of the flexible member 218 and the glass substrate 219, the lower surface rigidity is sufficiently small (surface in contact with the polyimide film 205) continuously rigidity so as to have a high rigidity in the upper surface side in the thickness direction similar effects of a transparent material which changes are obtained.

【0080】なお、ここでは軟性部材218について、 [0080] Here, the flexible member 218,
単に、ゲル状と記したが、形状を維持できる範囲で十分に弾性率が小さく、透明であれば、特に、ゲル状に限定されるものではない。 Simply, it was noted a gel, sufficient elastic modulus less within the range that can maintain its shape, if transparent, particularly, but not limited to gel.

【0081】次に、本実施の形態の可変形状光学素子の動作について説明する。 [0081] Next, the operation of the deformable optical element of the present embodiment.

【0082】すなわち、上部基板201と下部基板20 [0082] That is, the upper substrate 201 and lower substrate 20
2とが接合されているので、上部基板の開口部206と下部基板の凹部211は圧力室を構成する。 Since 2 and are joined, the openings 206 and the recess 211 of the lower substrate of the upper substrate constituting the pressure chambers.

【0083】また、吸気用チャンバー212は圧電素子204の駆動によって振動する吸気用チャンバーポンプを構成する。 [0083] The intake chamber 212 constitutes a suction chamber pump which vibrates by driving the piezoelectric element 204.

【0084】ここで、吸気用ノズル214は開口面積において圧力室側の方がポンプ側よりも大きく、吸気側開口においてはポンプ側の開口がシリコン基板208の端部よりも大きいことから、外気(シリコン基板208の端部の外側)から圧力室に向かう流速が生じる。 [0084] From here, it is the intake nozzle 214 larger than it is the pump side of the pressure chamber side in the opening area, larger than the end of the opening of the pump side silicon substrate 208 in the intake side opening, the outside air ( flow rate directed from the outside) to the pressure chamber of the end portion of the silicon substrate 208 is caused.

【0085】一方、排気用チャンバー213は圧電素子204の駆動によって振動する排気用チャンバーポンプを構成する。 [0085] On the other hand, the exhaust chamber 213 constituting the exhaust chamber pump which vibrates by driving the piezoelectric element 204.

【0086】ここで、排気用ノズル215は開口面積において圧力室側の方がポンプ側よりも小さく、吸気側開口においてはポンプ側の開口がシリコン基板208の端部よりも小さいことから、圧力室から外気(シリコン基板208の端部の外側)に向かう流速が生じる。 [0086] Here, since the direction of the pressure chamber side is smaller than the pump side, the opening of the pump-side in the intake side opening is smaller than the end portion of the silicon substrate 208 in the opening area exhaust nozzle 215, the pressure chamber from going to the outside air (outer end portion of the silicon substrate 208) flow rate occurs.

【0087】なお、このようなダイアフラムポンプすなわちバルブレスディフューザポンプの動作原理については、例えば、J. [0087] Incidentally, the operation principle of such a diaphragm pump i.e. valveless diffuser pumps, for example, J. Microeng. Microeng. 9(1999)3 9 (1999) 3
4−44,”Anumerical design s 4-44, "Anumerical design s
tudy of the valveless dif tudy of the valveless dif
fuser pump using a lumped fuser pump using a lumped
−mass model”に詳述されている。 It is described in detail in -mass model ".

【0088】ここで、例えば、2つの圧電振動子204 [0088] Here, for example, two piezoelectric vibrators 204
を同じ周波数、同じ振幅で駆動させると2つのダイアフラムポンプの流速が釣り合い、可撓性薄膜部材203は中立位置を維持する。 The same frequency, when driven with the same amplitude flow rate of the two diaphragm pumps are balanced, flexible thin film member 203 is maintained at the neutral position.

【0089】しかるに、吸気用チャンバー212上の圧電振動子204の振幅を排気用チャンバー213上の圧電振動子204の振幅より大きくすると、圧力室の圧力が外気に対して増大する。 [0089] However, when larger than the amplitude of the piezoelectric vibrator 204 of the amplitude of the piezoelectric vibrator 204 on the intake chamber 212 on the exhaust chamber 213, the pressure in the pressure chamber is increased with respect to outside air.

【0090】また、逆に、吸気用チャンバー212の圧電振動子204の振幅を排気用チャンバー213上の圧電振動子204の振幅よりも小さくすると、圧力室が外気に対して減少する。 [0090] On the contrary, when smaller than the amplitude of the piezoelectric vibrator 204 of the amplitude of the piezoelectric vibrator 204 of the intake chamber 212 on the exhaust chamber 213, the pressure chamber is decreased relative to the outside air.

【0091】このようにして、2つの圧電振動子204 [0091] In this way, the two piezoelectric vibrators 204
の振幅をコントロールすることによって、圧力室の圧力を正圧から負圧に連続的に変化させ、結果として可撓性薄膜部材203を凸レンズから凹レンズに連続的に変化させて機能させることが可能になる。 By controlling the amplitude, continuously varied to a negative pressure to the pressure in the pressure chamber from the positive pressure, resulting in a flexible thin film member 203 to be capable to function continuously changed in the concave lens from the convex lens Become.

【0092】このように本実施の形態にあっては、比較的大きな力量を得られるバルブレスディフューザポンプのようなマイクロポンプを、2つの基板の張り合わせという非常に単純な構成で実現することができる。 [0092] In this manner, in the present embodiment, it is possible to realize a relatively micropumps like valveless diffuser pumps obtain a large amount of force, a very simple construction of bonding the two substrates.

【0093】そして、このバルブレスディフューザポンプのようなマイクロポンプでは、バルブ等の複雑な機能がなく、半導体製造プロセスによって基板自体の加工も一括して行えるので、フォトリソグラフィー技術の適用により、非常に、小型のデバイスを実現することができる。 [0093] In the micro-pump like this valveless diffuser pumps, no complicated functions such as valves, since performed collectively be processed of the substrate itself by a semiconductor manufacturing process, the application of photolithography, very, it is possible to achieve a compact device.

【0094】なお、本実施の形態にあっては、ダイアフラムと各ノズル及び開口となる溝を下部基板に形成したが、これらを上部基板に形成して下部基板を単なる透明平板としても良い。 [0094] Incidentally, in the present embodiment has a groove serving as a diaphragm and the nozzle and the opening in the lower substrate may be a lower substrate to form these in the upper substrate as a mere transparent plate.

【0095】次に、本実施の形態による可変形状光学素子の製造方法について、簡単に言及する。 [0095] Next, a manufacturing method for a variable shape optical element according to the present embodiment will be briefly mentioned.

【0096】上部基板201と、ポリイミド膜205 [0096] The upper substrate 201, the polyimide film 205
と、下部基板202とのシリコン酸化膜209は、半導体プロセスによる一般的なスピンコートやLPCVDを用いて形成される。 When the silicon oxide film 209 of the lower substrate 202 is formed using a typical spin coating or LPCVD by a semiconductor process.

【0097】また、上部基板201の開口部206と、 [0097] Further, the opening 206 of the upper substrate 201,
下部基板202の凹部211と、吸気用チャンバー21 The recess 211 of the lower substrate 202, the intake chamber 21
2と、排気用チャンバー213及び吸気用ノズル214 2, the exhaust chamber 213 and the intake nozzle 214
と、排気用ノズル215と、吸気側開口216と、排気用開口217とについては、それぞれ、一般的なMEM When an exhaust nozzle 215, the intake side opening 216, and exhaust opening 217 are each common MEM
S技術で用いられるRIE(反応性イオンエッチング) RIE used in the S technique (reactive ion etching)
による微細加工が可能である。 Microfabrication by is possible.

【0098】また、標点200についても、アルミニウム薄膜のスパッタとフォトリソグラフィーで高精度に形成することができる。 [0098] As for the gauge 200 may be a sputtering and photolithography of aluminum thin film is formed with high accuracy.

【0099】可撓性薄膜部材203については、材料によって異なるが、スクリーン印刷やスピンコートと各種の化学処理などによって形成することができる。 [0099] The flexible thin film member 203 varies depending on the material, can be formed by screen printing or spin coating and various chemical processes.

【0100】実際の製造工程では、上部基板201と、 [0100] In the actual manufacturing process, an upper substrate 201,
下部基板202とのそれぞれをシリコンウェハー(基板208)上に、多数形成して、各基板間201、202 Each of the lower substrate 202 on a silicon wafer (substrate 208), and numerous forms, between the substrates 201 and 202
間を一括して接合し、その後、単位可変形状光学素子ごとにダイシングにより切り離す。 During and collectively bonded, and then disconnected by dicing for each unit variable-shape optical element.

【0101】圧電振動子204については、バルク材を切り出した素子を個別に接着するか、ゾル・ゲル法で基板上に形成する方法などが可能である。 [0102] The piezoelectric vibrator 204, or to bond the elements cut the bulk material individually, it is possible and a method of forming on a substrate in a sol-gel method.

【0102】このように本実施の形態の可変形状光学素子にあっては、製造工程の大半で半導体製造プロセスもしくはそこから派生したMEMS技術を適用することができるので、特に、小型化と低コスト化の点で有利である。 [0102] Since the In the shape-variable optical element of this embodiment can be applied to MEMS technology derived for most manufacturing processes semiconductor manufacturing process or from which, in particular, size and cost it is advantageous in terms of reduction.

【0103】また、本実施の形態においては、可変形状レンズについて言及したが、後述する第2の実施の形態に示すように、ポリイミド膜205上の可撓性薄膜部材203部分にアルミニウム蒸着膜をコートすることによって、開口部211の領域のポリイミド膜205が変形する可変形状ミラーとして機能させることも可能である。 [0103] Further, in the present embodiment, reference has been made for the variable shape lens, as shown in the second embodiment described later, the aluminum deposited layer on the flexible thin film member 203 portion on the polyimide film 205 by coating, it is also possible to polyimide film 205 in the region of the opening 211 to function as a deformable mirror to deform.

【0104】最後に、標点200の機能についてであるが、これは本実施の形態の可変形状光学素子を光学系に組み込む際の合わせマークとして機能する。 [0104] Finally, although the features of the gauge 200, which serves as an alignment mark when incorporating the deformable optical element of this embodiment in the optical system.

【0105】すなわち、上部基板201と下部基板20 [0105] That is, the upper substrate 201 and lower substrate 20
2とは高精度に接合されているため、この標点205を基準として上部基板201のレンズもしくは反射鏡の高精度の光軸合わせを容易に行うことができる。 Since the two are joined with high precision, it is possible to perform the gauge 205 a high precision optical axis alignment of the lens or reflector of the upper substrate 201 easily as a reference.

【0106】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施の形態について図6を用いて説明する。 [0106] A second embodiment of the (second embodiment) the present invention will be described with reference to FIG.

【0107】図6の(a),(b),(c)は、本発明による第2の実施の形態における可変形状光学素子の上部基板201の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び断面図である。 [0107] in FIG. 6 (a), (b), (c) it is a top perspective view showing the structure of the upper substrate 201 of the deformable optical element according to the second exemplary embodiment of the present invention rear perspective view and a cross-sectional it is a diagram.

【0108】なお、ここでは、説明しない各部の構成は、前述した第1の実施の形態のそれと同様になされているものとする。 [0108] Here, the configuration of each part is not described, and what is made the same in the same manner of the first embodiment described above.

【0109】本実施の形態では、前述した第1の実施の形態のポリイミド膜205上の可撓性薄膜部材203部分にアルミニウム蒸着膜をコートすることによって、開口部211の領域のポリイミド膜205が変形する可撓性ミラーすなわち可変形状ミラーとして機能させるものである。 [0109] In this embodiment, by coating the aluminum deposited layer on the flexible thin film member 203 portion on the polyimide film 205 of the first embodiment described above, the polyimide film 205 in the region of the opening 211 flexible mirror deformed ie that they appear as a deformable mirror.

【0110】まず、図6の(a)に示すように、上部基板201を構成する単結晶シリコンよりなる基板208 [0110] First, as shown in (a) of FIG. 6, made of a single crystal silicon forming the upper substrate 201 substrate 208
の上面には、厚さ1μmのポリイミド薄膜205が形成されている。 To the upper surface, the polyimide film 205 having a thickness of 1μm is formed.

【0111】また、基板208のアルミニウム蒸着膜4 [0111] Further, the aluminum deposition film 4 of the substrate 208
01が形成されている領域には、図6の(b)に示すように、円形の開口部206が形成されている。 In a region 01 is formed, as shown in (b) of FIG. 6, a circular opening 206 is formed.

【0112】ここで、図6の(c)に示すように、基板208の裏面207が前記下部基板202との接合面となる。 [0112] Here, as shown in (c) of FIG. 6, the rear surface 207 of the substrate 208 becomes the bonding surface of the lower substrate 202.

【0113】そして、上部基板201に設けられているポリイミド薄膜205には、アルミニウム蒸着膜401 [0113] Then, the polyimide film 205 provided on the upper substrate 201, aluminum deposited layer 401
がコートされていることにより、可撓性ミラーすなわち可変形状ミラー(反射鏡)が構成される。 There by being coated, flexible mirror i.e. deformable mirror (reflection mirror) is constructed.

【0114】なお、このような可変焦点反射鏡は、通常の結像光学系に用いる場合、斜め方向の光入射となるので、大きな収差を生じるが、それほど高精細の撮像は必要とされない用途や、自由曲面反射鏡と組み合わせて収差補正が可能な場合には、構造が単純で、MEMS技術により低コストで生産できるので好適である。 [0114] Incidentally, such a variable focal reflector, when used in the ordinary imaging optical system, since the light incident in an oblique direction, but results in a large aberration, Ya not be so high definition imaging of the necessary applications , where possible to correct aberrations in combination with free-form surface reflector, the structure is simple, it is preferable because it produced at low cost by MEMS technology.

【0115】(第3の実施の形態)本発明の第3の実施の形態について図7及び図8を用いて説明する。 [0115] will be described with reference to FIGS. 7 and 8 for the (Third Embodiment) A third embodiment of the present invention.

【0116】図7の(a),(b)は、本発明による第3の実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を示す上面斜視図と背面斜視図である。 [0116] Figure 7 of (a), (b) is a rear perspective view and a top perspective view showing the overall configuration of the deformable optical element according to a third embodiment according to the present invention.

【0117】図8の(a),(b)は、本発明による第3の実施の形態における可変形状光学素子の上面分解斜視図と背面分解斜視図である。 [0117] in FIG. 8 (a), (b) is a rear exploded perspective view and top exploded perspective view of the deformable optical element according to a third embodiment according to the present invention.

【0118】なお、ここでは、図示しない各部の構成は、前述した第1及び第2の実施の形態のそれと同様になされているものとする。 [0118] Here, configuration of each portion (not shown) is assumed to have been made the same in the same manner of the first and second embodiment described above.

【0119】本実施の形態では、前述した第1の実施の形態の2つの圧電振動子204と、2つのダイアフラムポンプをそれぞれ、図7の(a),(b)及び図8の(a),(b)に示すように1つの圧電振動子506 [0119] In this embodiment, the first embodiment of the two piezoelectric vibrators 204 described above, each of the two diaphragm pumps, in FIG. 7 (a), (b) and of FIG. 8 (a) , one as shown in (b) piezoelectric vibrator 506
と、1つのダイアフラムポンプすなわち1つのバルブレスディフューザポンプとしたものである。 When it is obtained by a single diaphragm pump i.e. one valveless diffuser pumps.

【0120】具体的には、図8の(a),(b)に示すように、上部基板201には第1の実施の形態の可撓性薄膜部材203に相当する位置に薄膜ミラー(レンズでも可)501が形成される。 [0120] Specifically, in FIG. 8 (a), (b) as shown in, the upper substrate 201 thin-film mirror (lens position corresponding to the flexible thin film member 203 of the first embodiment But possible) 501 is formed.

【0121】また、下部基板202には第1の実施の形態の開口部206に相当する圧力室502が形成されるとともに、この圧力室502に内部ノズル503を介して連通されるダイアフラム504と、このダイアフラム504の他端に外部ノズル505が形成されている。 [0121] Further, the pressure chambers 502 corresponding to the opening 206 of the first embodiment the lower substrate 202 is formed, a diaphragm 504 which is communicated through an internal nozzle 503 into the pressure chamber 502, external nozzle 505 is formed at the other end of the diaphragm 504.

【0122】また、下部基板202にはダイアフラム5 [0122] Further, the diaphragm 5 is on the lower substrate 202
04に対応して圧電振動子506が設けられているとともに、+字状の標点500が形成されている。 Together with the piezoelectric vibrator 506 is provided corresponding to the 04, + shaped gauge 500 is formed.

【0123】ここで、内部ノズル503、外部ノズル5 [0123] In this case, the inside of the nozzle 503, the external nozzle 5
05は、それぞれ、第1の実施の形態の吸気用ノズル2 05, respectively, for the inlet of the first embodiment nozzle 2
14、吸気側開口216に相当する形状となされている。 14, have been made with the shape corresponding to the intake side opening 216.

【0124】このような構成において、圧電振動子50 [0124] In this structure, the piezoelectric vibrator 50
6の駆動によってダイアフラム504が動作すると、外部ノズル505から内部ノズル503の方向に流速が生じて圧力室502の圧力が増大し、薄膜ミラー501が凸形状に変形する。 When the diaphragm 504 by driving the 6 operates, the pressure in the pressure chamber 502 increases in velocity occurs in the direction of the nozzle 503 from outside the nozzle 505, the thin-film mirror 501 is deformed in a convex shape.

【0125】そして、圧電振動子506が停止すると、 [0125] When the piezoelectric vibrator 506 is stopped,
薄膜ミラー501自体の膜張力によって、薄膜ミラー5 The membrane tension of the thin-film mirror 501 itself, the thin-film mirror 5
01は平坦な形状となる。 01 is a flat shape.

【0126】従って、圧電振動子506の駆動電圧を調整することによって、薄膜ミラー501を平面から凸面に連続的に変形させることができる。 [0126] Therefore, by adjusting the driving voltage of the piezoelectric vibrator 506, it may be continuously deformed into convex and thin-film mirror 501 from the plane.

【0127】また、外部ノズル505と、内部ノズル5 [0127] In addition, an external nozzle 505, the inside of the nozzle 5
03との形状を逆にすることによって、平面から凹面に連続的に変形する薄膜ミラー(レンズでも可)を実現することができる。 By the shape of the 03 conversely, it is possible to realize (or a lens) thin-film mirror that deforms continuously from the plane to the concave.

【0128】このように、1つのダイアフラムポンプすなわち1つのバルブレスディフューザポンプとした本実施の形態では、ダイアフラムポンプを2つ備える第1の実施の形態と比較すると、凸面または凹面の一方への変形しかできないものの、より小型化が可能である。 [0128] Thus, in one diaphragm pump namely the embodiment in which a single valveless diffuser pumps, when compared with the first embodiment comprising two diaphragm pumps, only the deformation in the one of the convex or concave but can not, it is possible to more downsizing.

【0129】ところで、薄膜ミラー501に加えて、第1の実施の形態で示される可撓性薄膜部材203を使用しても同様の効果が期待できる。 [0129] Incidentally, in addition to the thin-film mirror 501, the same effect can be expected even by using the flexible thin film member 203 shown in the first embodiment.

【0130】以上のように、本発明による可変形状光学素子は、(1)可変形状レンズとして透明弾性部材の片面に剛性のある透明部材を張り付けたもの、(2)可変形状鏡として可撓性薄膜部材の片面に反射物を付加したものがあり、与圧手段としてはバルブレスディフューザポンプ(ダイアフラムポンプ)を用いる。 [0130] As described above, the variable shape optical element according to the present invention, (1) those stuck a transparent member having rigidity on one side of the transparent elastic member as a variable shape lens, flexibility as (2) deformable mirror There is obtained by adding a reflector on one side of the thin film member, using a valveless diffuser pumps (diaphragm pump) as pressurizing means.

【0131】そして、その構造としては、可変形状光学素子の弾性部分と圧力室の一部を接するように配置し、 [0131] Then, as its structure, and placed in contact with the resilient portion and a portion of the pressure chamber of the deformable optical element,
この「圧力室」と「圧力室への圧力の供給を行うポンプ」を同一構造体内に設ける。 It provided the "pressure chamber" and the "pump for supplying pressure to the pressure chamber" in the same structure.

【0132】また、その制御としては、ポンプ(ダイアフラム)の振動振幅、周波数を制御することにより、可変形状光学素子の焦点距離を所望の値にする。 [0132] Further, examples of the control, the vibration amplitude of the pump (diaphragm), by controlling the frequency and the focal length of the deformable optical element to a desired value.

【0133】このような本発明による可変形状光学素子では、光学素子の組立性の向上を図ることができる。 [0133] In the variable-shape optical element according to the present invention, it is possible to improve the assembly of the optical element.

【0134】特に、(1)可変形状レンズとしては、剛性材料状にスピンコートして切り出すことによって製造が容易となる。 [0134] In particular, the (1) variable-shape lens, the fabrication is easy by cutting out by spin coating to a rigid material shaped.

【0135】また、(2)可変形状ミラーとしてはME [0135] In addition, ME as (2) deformable mirror
MS製造プロセスを利用して製造することが可能となるため、上記と同様に生産性が良くなる。 Since it is possible to produce by utilizing MS manufacturing processes, the productivity and in the same manner is improved.

【0136】また、このような本発明による可変形状光学素子では、光学素子とユニット(ポンプ部分)を含めた組立性の向上を図ることができる。 [0136] In the variable-shape optical element according to the present invention, it is possible to improve the assembling property, including an optical element and a unit (pump section).

【0137】特に、同一構造体(基板)中に圧力室、ポンプチャンバーを設けたため、それぞれを構成した基板材を積層することにより、マイクロポンプ付光学素子ユニットの組立が完了するため、小型でありながら、組立性が著しく改善される。 [0137] In particular, due to the provision of the pressure chamber, the pump chamber in the same structure (substrate), by laminating the substrate member configured respectively, for assembling the optical element unit with the micropump is completed, there is a small while, the assembling property is significantly improved.

【0138】なお、マイクロポンプの好ましい制御方法としては、吸気または排気のいずれかのポンプを停止させ、圧力室の圧を調整する方法が挙げられ、より省エネルギー化を達成することができる。 [0138] As the preferred method of controlling the micro-pump, either the pump intake or exhaust is stopped, include a method of adjusting the pressure in the pressure chamber, it is possible to achieve more energy saving.

【0139】なお、第1の実施の形態の効果上の特徴としては、他の実施の形態と比べて、透過光学系であるため、反射光学系より収差が少ないということがある。 [0139] Note that the features on the effects of the first embodiment, as compared with other embodiments, for a transmission optical system, it is that there is less aberration than the reflection optical system.

【0140】また、このような本発明による可変形状光学素子では、光学素子とユニット(ポンプ部分)を含めて最短距離に配置されているため、応答速度を改善することができる。 [0140] In the variable-shape optical element according to the present invention, since it is located in the shortest distance, including the optical element and the unit (pump section), it is possible to improve the response speed.

【0141】また、このような本発明による可変形状光学素子では、上記のように小型化、組立性の改善、応答性の改善に加えて、光学素子の変形量を増加することができ、静電駆動型のものよりも大きな変位量が得られる。 [0141] In the variable-shape optical element according to the present invention, size reduction as described above, improvement of assembly property, in addition to improving the responsiveness, it is possible to increase the deformation amount of the optical element, electrostatic large displacement can be obtained than that of the electrostatic drive type.

【0142】 [0142]

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明によれば、応答性が高く、小型で十分な変位の得られる低コストの可変形状光学素子及び光学素子ユニット並びに小型で高効率の透過型の可変形状光学素子及び光学素子ユニットを提供することができる。 Effect of the Invention] Accordingly, as described above, according to the present invention, high responsiveness, compact, high-efficiency transmission with sufficient cost of the deformable optical element and the optical element unit and compact obtained the displacement it is possible to provide a mold shape-variable optical element and the optical element unit.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】図1は、特開平1−219801号公報に開示された従来の技術について説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-219801.

【図2】図2の(a),(b)は、本発明による第1の実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を示す上面斜視図と背面斜視図である。 [Figure 2] in FIG. 2 (a), (b) is a rear perspective view and a top perspective view showing the overall configuration of the deformable optical element according to the first exemplary embodiment of the present invention.

【図3】図3の(a),(b),(c)は、図1の上部基板201の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び断面図である。 [Figure 3] in FIG. 3 (a), (b), (c) is a rear perspective view and a cross-sectional view and a top perspective view showing the structure of the upper substrate 201 of FIG.

【図4】図4の(a),(b)は、図1の下部基板20 [4] in FIG. 4 (a), (b), the lower substrate 20 in FIG. 1
2の構造を示す上面斜視図と背面斜視図である。 It is a rear perspective view and a top perspective view of a second structure.

【図5】図5の(a),(b),(c)は、図1の可撓性薄膜部材203の構造及び動作を説明するための断面図である。 [Figure 5] in FIG. 5 (a), (b), (c) is a sectional view for explaining the structure and operation of the flexible thin film member 203 of FIG.

【図6】図6の(a),(b),(c)は、本発明による第2の実施の形態における可変形状光学素子の上部基板201の構造を示す上面斜視図と背面斜視図及び断面図である。 [6] in FIG. 6 (a), (b), (c) is a top perspective view and a rear perspective view showing the structure of the upper substrate 201 of the deformable optical element according to the second exemplary embodiment of the present invention and it is a cross-sectional view.

【図7】図7の(a),(b)は、本発明による第3の実施の形態における可変形状光学素子の全体構成を示す上面斜視図と背面斜視図である。 Figure 7 of (a), (b) is a rear perspective view and a top perspective view showing the overall configuration of the deformable optical element according to a third embodiment according to the present invention.

【図8】図8の(a),(b)は、本発明による第3の実施の形態における可変形状光学素子の上面分解斜視図と背面分解斜視図である。 [8] in FIG. 8 (a), (b) is a rear exploded perspective view and top exploded perspective view of the deformable optical element according to a third embodiment according to the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

201…上部基板、 202…下部基板、 203…可撓性薄膜部材、 204…圧電振動子、 200…標点パターン、 208…単結晶シリコンよりなる基板、 205…ポリイミド薄膜、 206…開口部、 207…基板208の裏面、 209…シリコン酸化膜、 210…シリコン酸化膜209が形成されていない面、 211…凹部、 212…吸気用チャンバー、 213…排気用チャンバー、 214…吸気ノズル、 215…排気ノズル、 216…吸気側開口、 217…排気側開口、 218…軟性部材、 219…ガラス薄板、 401…アルミニウム蒸着膜、 501…薄膜ミラー(レンズでも可)、 502…圧力室、 503…内部ノズル、 504…ダイアフラム、 505…外部ノズル、 506…圧電振動子、 500…標点。 201 ... upper substrate, 202 ... lower substrate 203 ... flexible thin film member, 204 ... piezoelectric vibrator, 200 ... gauge pattern, a substrate made of 208 ... monocrystalline silicon, 205 ... Polyimide film, 206 ... opening, 207 the back surface of the ... substrate 208, 209 ... silicon oxide film, 210 ... surface silicon oxide film 209 is not formed, 211 ... recessed portion, 212 ... intake chamber, 213 ... exhaust chamber, 214 ... intake nozzle, 215 ... exhaust nozzle , 216 ... intake side opening, 217 ... exhaust opening, 218 ... flexible member, 219 ... glass sheet, 401 ... aluminum deposited layer, (or a lens) 501 ... thin film mirror, 502 ... pressure chamber, 503 ... internal nozzle, 504 ... diaphragm, 505 ... external nozzle, 506 ... piezoelectric vibrator, 500 ... gauge.

Claims (8)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 第1の面の弾性率が、該第1の面に対向する第2の面より高くなされている光透過性の弾性部材からなり、 前記弾性部材の前記第2の面の側に圧力が加えられることにより、前記弾性部材の前記第2の面を選択的に変形させて、焦点距離が可変とされることを特徴とする可変形状光学素子。 1. A modulus of elasticity of the first surface, consists of a second surface higher than achieved is by being optically transparent elastic member opposed to the first surface, the second surface of the elastic member by the pressure exerted on the side, said the second surface of the elastic member selectively deformed, shape-variable optical element, wherein a focal length is variable.
  2. 【請求項2】 光透過性の弾性部材と、 前記弾性部材の第1の面に接合される透明な剛性部材とを有し、 前記弾性部材の前記第1の面に対向する第2の面に圧力が加えられることにより、 前記弾性部材の前記第2の面を選択的に変形させて、焦点距離が可変とされることを特徴とする可変形状光学素子。 2. A light transmitting elastic member, a first and a transparent rigid member is bonded to the surface, a second surface opposite to the first surface of the elastic member of the elastic member shape-variable optical element by the pressure exerted, which selectively deforming said second surface of said elastic member, characterized in that the focal length is variable on.
  3. 【請求項3】 弾性部分に圧力が加えられることにより、前記弾性部分の形状を変化させて焦点距離が可変とされる可変形状光学素子と、 前記可変形状光学素子の一部と接合されると共に、前記可変形状光学素子を支持する構造体と、 前記可変形状光学素子の前記弾性部分に圧力を加えるように、前記可変形状光学素子の前記弾性部分に接合される圧力室と、 チャンバーと、該チャンバーの側壁の一部を兼ねるダイアフラムと、前記チャンバーに接続される吸入及び排出用ノズルとを有するポンプ手段と、 前記ポンプ手段のダイアフラムを振動させる振動手段とを具備し、 前記ポンプ手段は、前記圧力室と前記構造体外部に接続され、 かつ、少なくとも前記圧力室の一部と前記ポンプ手段のチャンバーの一部とが同一の構造体内に設けられ By the pressure applied to 3. A resilient portion, a variable shape optical element whose focal length is variable by changing the shape of the elastic portion, while being joined to a portion of the deformable optical element the a structure supporting the deformable optical element, the to apply pressure to the resilient portion of the deformable optical element, a pressure chamber that is joined to the elastic portion of the deformable optical element, a chamber, said comprising a diaphragm serving as a part of the side wall of the chamber, a pump means having a suction and a discharge nozzle connected to the chamber, and a vibration means for vibrating the diaphragm of the pump means, said pump means, said It is connected to said structure outside the pressure chamber, and, provided within the structure part and the same chamber part and the pump means of at least the pressure chamber 、 前記振動手段の振動周波数または振幅を制御することにより、 前記可変形状光学素子の焦点距離を可変とすることを特徴とする光学素子ユニット。 By controlling the oscillation frequency or amplitude of the vibration means, the optical element unit, characterized in that the focal length of the variable-shape optical elements with variable.
  4. 【請求項4】 前記構造体の可視部分に光軸調整用の標点を具備することを特徴とする請求項3記載の光学素子ユニット。 4. The optical element unit according to claim 3, characterized by comprising a gauge for optical axis adjustment in the visible part of the structure.
  5. 【請求項5】前記可変形状光学素子は、 光透過性であり、 第1の面は剛性を有し、 前記第1の面に対向する第2の面は第1の面よりも低い弾性率を有し、前記第2の面が、前記圧力を加えるべき弾性部分とした可変形状レンズであることを特徴とする請求項3または4記載の光学素子ユニット。 Wherein said shape-variable optical element is a light-transmissive, the first surface having a rigid, second surface opposite the first surface is lower elastic modulus than the first surface the a, the second surface, the optical element unit according to claim 3 or 4, wherein the said a variable shape lens with a resilient portion to apply pressure.
  6. 【請求項6】前記可変形状光学素子は、 少なくとも第1の面に反射面をもつ可撓性薄膜であり、 前記可撓性薄膜の第2の面側が圧力を加えるべき弾性部分とした可変形状鏡であることを特徴とする請求項3または4記載の光学素子ユニット。 Wherein said shape-variable optical element is a flexible membrane having a reflective surface on at least a first surface, the deformable second surface side of the flexible thin film has an elastic portion to exert pressure the optical element unit according to claim 3 or 4, wherein the is a mirror.
  7. 【請求項7】 前記ポンプ手段及び振動手段をそれぞれ複数具備し、 少なくとも一つ以上の前記ポンプ手段が前記圧力室を加圧するように接続され、他の一つ以上の前記ポンプ手段が前記圧力室を減圧するように接続され、 前記複数のポンプ手段の各チャンバーが前記可変形状光学素子の光軸に直交する線を挟んで配置されることを特徴とする請求項3または4記載の光学素子ユニット。 7. A plurality comprising said pump means and vibration means, coupled to at least one of said pump means pressurizing the pressure chamber, the other one or more of said pump means said pressure chamber the connected to vacuum each chamber of said plurality of pumping means the variable shape optical element according to claim 3 or 4 optical element unit according to being disposed across the line perpendicular to the optical axis .
  8. 【請求項8】 前記加圧用のポンプ手段の振動手段または減圧用のポンプ手段の振動手段を停止させて、前記圧力室内の圧力を所望の値に制御することを特徴とするとする請求項7記載の光学素子ユニット。 8. stopping the vibration means of the vibration means or pump means for decompression of the pumping means of said pressurizing claim 7, wherein the pressure of the pressure chamber and wherein the controller controls the desired value the optical element unit.
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