JP2002357774A - 可変焦点光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、作成が容易であると共に、大きな変
形を得ることが可能な可変焦点光学素子を提供する。 【解決手段】本発明によると、基板または積層された基
板に形成され、上面又は下面の少なくとも一方に薄膜部
を有し、上記薄膜は第１の電極を有し、上記薄膜の対向
面には第２の電極を有し、上記第１の電極と上記第２の
電極間に印加される電圧で上記薄膜が変形可能である第
１室と、上記基板又は積層された上記基板に形成され、
上面又は下面の少なくとも一方に薄膜部を有し、上記薄
膜部の変形により焦点距離が可変な光学素子として作用
する第２室と、上記第１室と上記第２室を接続する通路
とを有し、上記第１室の薄膜部は上記第２室の薄膜部よ
り面積が大きく、上記第１室と上記第２室及び上記通路
には流体が封入されており、上記第１の電極と上記第２
の電極間に印加される電圧で光学素子としての上記第２
室の焦点距離が可変に構成されている可変焦点光学素子
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、可変焦点光学素子
に係り、特に、薄板の変形を利用した可変焦点光学素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】首記のような技術分野における可変焦点
光学素子の一例として、可変焦点反射鏡には、光ピック
アップ等、様々なものが研究されている。

【０００３】その一例として、薄膜の背後に電極板を設
け、両者間に電圧を印加し、その静電引力で上記薄膜を
撓ませ、その面を反射面とするものが知られている。

【０００４】図７は、このような従来の技術における第
１の従来例による可変焦点反射鏡の概略構成を示してい
る。

【０００５】図７において、可変焦点反射鏡１１１０
は、上部基板１１０１と下部基板１１０４とを張り合わ
せた構成をしている。

【０００６】上記上部基板１１０１は、単結晶シリコン
の円形薄膜１１０２及び枠組１１０３からなる。

【０００７】また、上記下部基板１１０４の上記円形薄
膜１１０２と対向する面には、電極１１０５が一体に形
成されている。

【０００８】上記円形薄膜１１０２及び上記電極１１０
５には、それぞれ図示しない配線が形成されており、そ
れぞれに電気的に接続されている。

【０００９】この配線を介して外部より電圧を印加する
と、上記円形薄膜１１０２及び上記電極１１０５間に静
電引力が発生し、この静電引力は上記円形薄膜１１０２
を撓ませ、その上面を凹面とする。

【００１０】上記円形薄膜１１０２からなる凹面鏡の中
心部の深さは、印加電圧が高いほど大きくなり、これに
応じて反射鏡の焦点距離Ｆの位置も変化する。

【００１１】次に、第２の従来例として、特開平７−４
８４０４号公報に開示されている「可変焦点レンズ」に
ついて説明する。

【００１２】図８Ａは、この可変焦点レンズ全体の上面
図を示している。

【００１３】図８Ｂは、この可変焦点レンズの断面図を
示している。

【００１４】図９は、図８Ｂのポンプ１５における部分
拡大断面図を示している。

【００１５】図８Ｂにおいて、平行平板状のガラス基板
１１の表面にスペーサ１３を介して透明弾性膜１２を対
向設定し、ガラス基板１１と透明弾性膜１２との間に圧
力室１４を形成する。

【００１６】この圧力室１４には、連通通路１９を介し
てポンプ１５が設けられている。

【００１７】このポンプ１５の詳細について、図９を用
いて説明する。

【００１８】このポンプ１５は、弾性膜１６と、ヨーク
１７とからなり、上記弾性膜１６及びヨーク１７との間
で圧力室１８を形成している。

【００１９】上記弾性膜１６中にはシートコイル２１が
形成されており、このシートコイル２１に電流を流す
と、上記ヨーク１７によって形成される磁場との相互作
用により上記弾性膜１６が上下動する。

【００２０】この結果、上記圧力室１８中を満たしてい
る作動液２０が上記連通通路１９を通って上記圧力室１
４内の圧力を変動させ、上記透明弾性膜１２を歪ませる
ことで焦点距離が可変されるレンズが構成される。

【００２１】上記透明弾性膜１２は、中央部で曲面が形
成され、その周囲で３次曲面が形成される膜厚分布を有
するものであり、単純な平板で上記透明弾性膜１２を構
成した場合よりもレンズの収差が小さくなる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の従来例
における上記可変焦点反射鏡１１１０では、初期状態す
なわち電極１１０５と反射面１１０２との間の電圧が０
Ｖの状態での反射面は平板であり、その焦点距離は無限
大となっている。

【００２３】そして、この状態から印加電圧を大きくす
ると、上記反射面１１０２は、その中央部が上記電極１
１０５側に引き寄せられ、凹面となり、焦点距離が小さ
くなっていく。

【００２４】ところで、このような第１の従来例による
可変焦点反射鏡の構成において、上記反射面１１０２に
働く静電気力は、ほぼ印加電圧の２乗に比例し、電極間
距離の２乗に反比例する。

【００２５】よって、この第１の従来例による可変焦点
反射鏡では、必要な静電気力が固定であるならば、電極
間距離を小さく取ることによって、低い電圧での駆動が
可能となる。

【００２６】しかしながら、上記第１の従来例による可
変焦点反射鏡の構成では、電極間距離を小さくする方向
にしか、上記反射面１１０２を駆動することができない
ために、電極間距離を小さく取ると、最大変位量も小さ
くなってしまうという問題がある。

【００２７】また、上述した第２の従来例における可変
焦点レンズでは、上記ポンプ１５の強力な駆動力によ
り、上記第１の従来例のような静電駆動方式に比して、
上記透明弾性膜１２に大変形を生じさせることができる
が、磁性体である上記ヨーク１７等のように別部材を使
用する必要があり、作成方法が複雑であるという問題が
ある。

【００２８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、上述したような従来の技術における問題を解決す
るためには、静電ギャップを極力小さくすると共に、薄
膜面積を大きくすることによって、ポンプ容積を維持し
たまま低電圧駆動可能な静電駆動型ポンプとし、このポ
ンプで光学素子の焦点を可変とすることが有効であるこ
とに着目して、作成が容易であると共に、大変形可能な
可変焦点光学素子を提供することを目的とする。

【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） 基板又は積層された基板
に形成され、上面又は下面の少なくとも一方に薄膜部を
有し、上記薄膜は第１の電極を有し、上記薄膜の対向面
には第２の電極を有し、上記第１の電極と上記第２の電
極間に印加される電圧で上記薄膜部が変形可能である第
１室と、上記基板又は積層された上記基板に形成され、
上面又は下面の少なくとも一方に薄膜部を有し、上記薄
膜部の変形により焦点距離が可変な光学素子として作用
する第２室と、上記第１室と上記第２室を接続する通路
とを有し、上記第１室の薄膜部は上記第２室の薄膜部よ
り面積が大きく、上記第１室と上記第２室及び上記通路
には流体が封入されており、上記第１の電極と上記第２
の電極間に印加される電圧で光学素子としての上記第２
室の焦点距離が可変に構成されていることを特徴とする
可変焦点光学素子が提供される。

【００３０】（対応する実施の形態）この（１）の発明
は、後述する第１の実施の形態が対応する。

【００３１】そして、このような（１）の発明の構成に
おいて、第１室は図１の第１ポンプ室１０８が対応し、
第２室は図１の第１圧力室１０７が対応し、通路は図１
の第１パイプ部１０９が対応し、第１の電極は図１の第
２薄膜１０５中の図示されない第１電極が対応し、第２
の電極は図１の第２電極１０６が対応している。

【００３２】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 基板又は積層された基板に形成さ
れ、上面と下面の間に設けられた薄膜部で上室及び下室
に分離され、上記薄膜部には第１の電極が形成され、上
記上面又は上記下面の少なくとも一方には第２の電極が
形成され、上記第１の電極と上記第２の電極間に印加さ
れる電圧で上記薄膜が変形可能である第１室と、上記基
板又は積層された上記基板に形成され、上面と下面の間
に設けられた薄膜部で上室及び下室に分離され、上記薄
膜部の変形により焦点距離が可変な光学素子として作用
する第２室と、上記第１室の上室と上記第２室の上室を
接続する第１の通路と、上記第１室の下室と上記第２室
の下室を接続する第２の通路とを有し、上記第１室の薄
膜部は上記第２室の薄膜部より面積が大きく、上記第１
室の上室と上記第２室の上室及び上記第１の通路には第
１の流体が封入されており、上記第１室の下室と上記第
２室の下室及び上記第２の通路には上記第１の流体と同
じ又は熱膨張係数が略等しい第２の流体が封入されてお
り、上記第１の電極と上記第２の電極間に印加される電
圧で光学素子としての上記第２室の焦点距離が可変に構
成されていることを特徴とする可変焦点光学素子が提供
される。

【００３３】この（２）の発明は、後述する第２の実施
の形態が対応する。

【００３４】そして、このような（２）の発明の構成に
おいて、第１室は図３の上室３１３と、下室３０８とが
対応し、第２室は図３の上室３１１と、下室３０７とが
対応し、第１の通路は図３の第２パイプ部３１２が対応
し、第２の通路は図３の第１パイプ部３０９が対応して
いる。

【００３５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 上記第１室の薄膜部はコルゲートダ
イアフラム部を有することを特徴とする（１）又は
（２）記載の可変焦点光学素子が提供される。

【００３６】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（４） 基板又は積層された基板に形成さ
れ、上面又は下面の間に設けられた薄膜部で上室及び下
室に分離され、上記薄膜部には第１の電極が形成され、
上記上面又は上記下面の少なくとも一方には複数の電極
からなる電極アレイである第２の電極が形成され、上記
第１の電極と上記第２の電極が接触しても電気が導通し
ないように絶縁処理が施されており、上記第１の電極と
上記第２の電極間に印加される電圧で上記薄膜部が変形
可能である第１室と、上記基板又は積層された上記基板
に形成され、上面と下面の間に設けられた薄膜部で上室
及び下室に分離され、上記薄膜部の変形により焦点距離
が可変な光学素子として作用する第２室と、上記第１室
の上室と上記第２室の上室を接続する第１の通路と、上
記第１室の下室と上記第２室の下室を接続する第２の通
路と、上記第１室の上室と上記第２室の上室及び上記第
１の通路に封入された第１の流体と、上記第１室の下室
と上記第２室の下室及び上記第２の通路に封入された、
上記第１の流体と同じ又は熱膨張係数が略等しい第２の
流体とを有し、上記第１室の薄膜部の少なくとも一部
が、上記第１の電極と上記第２の電極間の静電引力によ
り、上記第２の電極に接触した状態で駆動され、上記第
２の電極を構成する複数の電極の各々に印加される電圧
の変化によって、上記第１室の薄膜部が上記第２の電極
に接触する状態が変化し、これにより上記第１室の上室
及び下室の容積を変化させることにより、光学素子とし
ての上記第２室の焦点距離が可変に構成されていること
を特徴とする可変焦点光学素子が提供される。

【００３７】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（５） 上第１室の記薄膜部を、上記第２の
電極に近接するように押圧する突起部を、さらに有する
ことを特徴とする（４）記載の可変焦点光学素子が提供
される。

【００３８】

【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。

【００３９】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る可変焦点光学素子の第１の実施の形態の構成を説明す
るために示す図である。

【００４０】すなわち、図１の（ａ）は、本発明による
第１の実施の形態における可変焦点光学素子の上面図を
示している。

【００４１】図１の（ｂ）は、本発明による第１の実施
の形態における可変焦点光学素子の断面図を示してい
る。

【００４２】図１の（ｃ）は、本発明による第１の実施
の形態における可変焦点光学素子の駆動状態における断
面図を示している。

【００４３】なお、本明細書においては、すべての断面
図は発明の効果を説明し易くするために、素子厚み方向
の縮尺をデフォルメしてある。

【００４４】この第１の実施の形態は、次のように構成
されている。

【００４５】この第１の実施の形態による可変焦点光学
素子１０１は、第１薄膜１０４及び第２薄膜１０５が一
体に形成された第２基板１０３と、第２電極１０６を一
体に形成してある第１基板１０２とを張り合わせて構成
される。

【００４６】ここで、上記第１薄膜１０４の上面は、反
射面となっている。

【００４７】上記第２薄膜１０５中には、図示しないが
第１電極が一体に形成されており、この第１電極と上記
第２電極１０６との間で静電引力を発生させることが可
能である。

【００４８】上記第１薄膜１０４と、上記第１基板１０
２の対向する面との間には、第１圧力室１０７が形成さ
れる。

【００４９】また、上記第２薄膜１０５と、上記第１基
板１０２の対向する面との間には、第１ポンプ室１０８
が形成される。

【００５０】また、上記第２基板１０３における上記第
１薄膜１０４及び上記第２薄膜１０５との間には溝が形
成されており、この溝が上記第１基板１０４との間に第
１パイプ部１０９を構成する。

【００５１】上記第１圧力室１０７及び上記第１ポンプ
室１０８および上記第１パイプ部１０９中には、作動流
体として大気圧の空気が封入されている。

【００５２】上記可変焦点光学素子１０１は、次のよう
に動作する。

【００５３】上記第２薄膜１０５中の図示しない第１電
極と、上記第２電極１０６との間に電圧を印加すると、
上記第２薄膜１０５は静電引力によって、上記第２電極
１０６に引き寄せられ、図１の（ｃ）に示すように撓み
変形を行う。

【００５４】このとき、容積の小さくなった上記ポンプ
室１０８から押し出された作動流体である所の空気は、
上記第１パイプ室１０９を通って上記第１圧力室１０７
の圧力を上昇させ、上記第１薄膜１０４を上に凸の形に
撓み変形させる。

【００５５】この結果、上記第１薄膜１０４の上面にお
ける反射面は平板の状態から凸面鏡へと変化し、また、
その焦点距離は上記第１電極および上記第２電極１０６
間における電圧によって制御することができる。

【００５６】この第１の実施の形態による可変焦点光学
素子の特徴は、上記第１薄膜１０４にある変位量を取ら
せるために上記第１圧力室１０７に導入されるべき作動
流体の必要体積を、上記第２薄膜１０５の面積を大きく
取ることによって、上記第２薄膜１０５の小さな変位量
で送り出すことができるということである。

【００５７】このため上記第２薄膜１０５と上記第２電
極１０６とを近接して配置することができ、必要電圧を
小さくしたり、あるいは上記第１薄膜１０４に大変位を
させたりといった設計が可能となる。

【００５８】なお、この第１の実施の形態は、幾多の変
形・変更が可能である。

【００５９】上記第１の実施の形態では、上記第１薄膜
１０４の上面を反射面とする凸面鏡を想定したが、上記
第１薄膜１０４の下面を反射面とし、上記第１基板１０
２を透明な部材で作成すれば、凹面鏡を実現することが
できる。

【００６０】また、上記第１薄膜１０４及び上記第１基
板１０２を透明な部材とし、上記作動流体を空気でな
く、例えば、水などの１より大きな屈折率を持つ流体と
することにより、焦点可変のレンズを実現することがで
きる。

【００６１】また、上記第１薄膜１０４中及び上記第１
基板１０２の面上における上記第１薄膜１０４と対抗す
る面とに電極を配置すれば、これら電極間に電圧を印加
することによって、上記第１薄膜１０４に下に凸の変形
を起こさせることができ、凸面から凹面まで可変とな
る。

【００６２】これら電極材としてはＩＴＯなど透明電極
の使用も可能であるので、この変更は反射鏡に限らず、
凹から凸へ変化する可変焦点レンズの実現も可能であ
る。

【００６３】また、本発明においては、上記第２薄膜１
０５が平板である必要はない。

【００６４】また、上記第１薄膜１０４及び上記第２薄
膜の材料としては、シリコンや窒化膜等であっても可能
であるが、膜の変形のし易さの観点から、各種の樹脂膜
であることがより望ましい。

【００６５】（第１の変形例）図２の（ａ）、（ｂ）
は、本発明の第１の実施の形態における第１の変形例に
よる可変焦点光学素子の構成を説明するために示す平面
図と、断面図である。

【００６６】すなわち、図２の（ａ）は、この第１の実
施の形態における第１の変形例による可変焦点光学素子
２０１の上面図である。

【００６７】また、図２の（ｂ）は、この第１の実施の
形態における第１の変形例による可変焦点光学素子２０
１の断面図である。

【００６８】そして、この第１の実施の形態における第
１の変形例での、上記第１の実施の形態における可変焦
点光学素子１０１からの変更点は、上記第２薄膜１０５
を、ベローズ２０２を周囲に配した第２薄膜２０３とし
たコルゲートダイアフラム部を有していることである。

【００６９】この第１の実施の形態における第１の変形
例によれば、上記第２薄膜２０３としてコルゲートダイ
アフラム部を有していることにより、撓み変形のし易さ
が、上記第２薄膜１０５より向上され、素子の駆動性能
が向上する。

【００７０】（第２の実施の形態）図３は、本発明によ
る可変焦点光学素子の第２の実施の形態の構成を説明す
るために示す断面図と、駆動状態を説明するために示す
断面図である。

【００７１】すなわち、図３の（ａ）は、この第２の実
施の形態による可変焦点光学素子３０１の断面図を示し
ている。

【００７２】また、図３の（ｂ）は、この第２の実施の
形態による可変焦点光学素子３０１の駆動状態における
断面図を示している。

【００７３】この第２の実施の形態は、次のように構成
されている。

【００７４】この第２の実施の形態による可変焦点光学
素子３０１は、第１薄膜３０４及び第２薄膜３０５が一
体に形成された第２基板３０３と、第２電極３０６とを
一体に形成してある第１基板３０２とが張り合わせて構
成される。

【００７５】ここで、上記第１薄膜３０４の上面は、反
射面となっている。

【００７６】上記第２薄膜３０５中には図示しないが、
第１電極が一体に形成されており、この第１電極と上記
第２電極３０６との間で静電引力を発生させることが可
能である。

【００７７】上記第１薄膜３０４と、上記第１基板３０
２の対向する面との間には、第１圧力室３０７が形成さ
れる。

【００７８】また、上記第２薄膜３０５と、上記第１基
板３０２の対向する面との間には、第１ポンプ室３０８
が形成される。

【００７９】また、上記第２基板３０３における上記第
１薄膜３０４及び上記第２薄膜３０５の間には溝が形成
されており、この溝が上記第１基板３０２との間に第１
パイプ部３０９を構成する。

【００８０】上記第１圧力室３０７及び上記第１ポンプ
室３０８及び上記第１パイプ部３０９中には、作動流体
として大気圧の空気が封入されている。

【００８１】以上の構成は、上記第１の実施の形態と同
様であり、この第２の実施の形態においては、さらに、
第３基板３１０を上記第２基板３０３のもう片面に張り
付けることによって、第２圧力室３１１、第２パイプ部
３１２、第２ポンプ室３１３が形成されている。

【００８２】また、上記第２圧力室３１１及び上記第２
パイプ部３１２及び上記第２ポンプ室３１３中にも同様
に作動流体としての大気圧の空気が封入されている。

【００８３】上記第１薄膜３０４の変位量は、上記第２
薄膜３０５の変位量に比べて大きいので、この変位のた
めのスペースを確保するために、上記第１基板３０２及
び上記第３基板３１０における上記第１圧力室３０７及
び上記第２圧力室３１１に面した部分には、窪みが設け
られている。

【００８４】このような第２の実施の形態による可変焦
点光学素子３０１の動作原理は、上記第１の実施の形態
のそれと同様であり、そのときの様子が図３の（ｂ）に
示されている。

【００８５】この第２の実施の形態による可変焦点光学
素子においては、上記第１の実施の形態による可変焦点
光学素子の特徴に加え、以下のような特徴がある。

【００８６】まず、この第２の実施の形態による可変焦
点光学素子の可動部すなわち上記第１薄膜３０４及び上
記第２薄膜３０５は、密閉された状態にあるので、外気
圧が変化した場合においても、その影響を受けないとい
うことである。

【００８７】さらに、この第２の実施の形態による可変
焦点光学素子においては、上記第２基板３０３を挟んで
上記第１基板３０２側及び上記第３基板３１０側のそれ
ぞれの作動流体が同時に同じ圧力となるため、周囲の温
度が変化し、上記作動流体の圧力が変動した場合におい
ても、やはりそれらの影響を受けないということであ
る。

【００８８】なお、静電引力を利用したアクチュエータ
は基本的に発熱しないので、この第２の実施の形態によ
る可変焦点光学素子では、その駆動により圧力のアンバ
ランスが生じることもない。

【００８９】なお、この第２の実施の形態は、幾多の変
形・変更が可能である。

【００９０】（第１の変形例）図４は、本発明の第２の
実施の形態における第１の変形例による可変焦点光学素
子の構成を説明するために示す断面図である。

【００９１】この第２の実施の形態における第１の変形
例の変更点は、上記第３基板３１０上に、上記第２薄膜
３０５中の第１電極と対抗する第３電極４０１が形成さ
れているということである。

【００９２】この変更により、上記第１薄膜３０４の駆
動が、凹面から凸面へと広い範囲にわたって可能とな
る。

【００９３】その他、本発明の第２の実施の形態及びそ
の第１の変形例においては、上記第１の実施の形態と同
様な変形・変更が可能であることは言うまでもない。

【００９４】（第２の変形例）図５は、本発明の第２の
実施の形態における第２の変形例による可変焦点光学素
子の構成を説明するために示す図である。

【００９５】すなわち、図５の（ａ）は、この第２の実
施の形態による可変焦点光学素子５０１の上面図を示し
ている。

【００９６】また、図５の（ｂ）は、この第２の実施の
形態による可変焦点光学素子５０１の電源オン後の初期
状態における断面図を示している。

【００９７】また、図５（ｃ）は、この第２の実施の形
態による可変焦点光学素子５０１の駆動時の断面図を示
している。

【００９８】この第２の実施の形態における第２の変形
例による可変焦点光学素子５０１の構成は、上記第２の
実施の形態における第１の変形例にさらに変更を加えた
ものである。

【００９９】すなわち、上記第２電極３０６及び上記第
３電極４０１を短冊形の複数の電極である第２電極５０
２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，…５０２ｇ、及び第３電極
５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃ，…５０３ｇとしてい
る。

【０１００】また、この変更に伴って、上記第２薄膜３
０５を矩形である第２薄膜５０４としたものである。

【０１０１】この第２の実施の形態における第２の変形
例による可変焦点光学素子は、次のように動作する。

【０１０２】まず、電源オン時において上記第２薄膜５
０４中にある図示しない第１電極は電位０Ｖにある。

【０１０３】また、上記第２電極５０２ａ，５０２ｂ，
５０２ｃ及び上記第３電極５０３ｅ，５０３ｆ，５０３
ｇには電圧が印加されている。

【０１０４】このため、上記第２薄膜５０４は、それぞ
れ、電圧を印加された電極側に引き寄せられ、図５の
（ｂ）に示すように変形する。

【０１０５】なお、上記第２薄膜５０４がそれぞれの電
極に接しても、それぞれの電極との間には図示しない絶
縁皮膜が形成されており、ショートはしない。

【０１０６】この第２薄膜５０４の変形によって、上記
第１ポンプ室３０８及び第２ポンプ室３１３の形状が変
化するが、初期状態においては各ポンプ室の容積が変化
することはない。

【０１０７】このため、上記第１薄膜３０４は、平坦の
まま変形しない。

【０１０８】次に、上記第２電極５０２ｂ、５０２ｃの
電圧を０Ｖに変え、上記第３電極５０３ｃ，５０３ｄ，
…５０３ｇに電圧を印加すると、図５の（ｃ）に示した
ような状態となる。

【０１０９】すなわち、上記第２薄膜５０４がさらに変
形し、上記第１ポンプ室３０８の容積が大きくなり、そ
の分の容積だけ上記第２ポンプ室３１３が小さくなる。

【０１１０】このため、上記作動流体の移動が起こり、
上記第１薄膜３０４の撓み変形が起こる。

【０１１１】以上のように、この第２の実施の形態にお
ける第２の変形例による可変焦点光学素子では、その焦
点距離変化がどの電極に電圧を印加するかというデジタ
ル値によって制御を行うことができる。

【０１１２】また、この第２の実施の形態における第２
の変形例による可変焦点光学素子では、上記第２薄膜５
０４中の図示しない第１電極は、上記第２電極５０２
ａ，５０２ｂ，…５０２ｇ乃至上記第３電極５０３ａ，
５０３ｂ，…５０３ｇと至近距離にあって駆動されるた
め、駆動に必要な電圧が小さくなる。

【０１１３】さらに、また、この第２の実施の形態にお
ける第２の変形例による可変焦点光学素子では、上記第
１ポンプ室３０８及び上記第２ポンプ室３１３の最大吐
出能力は、上記第２電極５０２と上記第３電極５０３と
に挟まれた空間とほぼ同体積であり、また、上記第２薄
膜５０４の面積が小さくても上記第２電極５０２と上記
第３電極５０３の間隔を広くすることでポンプ容量を確
保でき、よって上記第２薄膜５０４の面積は上記第１薄
膜３０４の面積より小さくても構わない。

【０１１４】これによって、この第２の実施の形態にお
ける第２の変形例による可変焦点光学素子では、素子を
搭載するチップ上でポンプのために占められる面積を小
さくすることができる。

【０１１５】（第３の変形例）図６は、本発明の第２の
実施の形態における第３の変形例による可変焦点光学素
子の構成を説明するために示す断面図である。

【０１１６】図６は、この第２の実施の形態における第
３の変形例による可変焦点光学素子において、駆動電源
が一切与えられていない状態を示している。

【０１１７】この第２の実施の形態における第３の変形
例による可変焦点光学素子は、上記第２の実施の形態に
おける第２の変形例にさらに変更を加えたものである。

【０１１８】すなわち、突起部６０１ａ，６０１ｂをそ
れぞれ上記第１基板３０２及び上記第３基板３１０に取
り付け、これによって素子に駆動電圧が一切与えられて
いない状態でも上記第２薄膜５０４の一部が上記第１基
板３０２及び上記第３基板３１０に接するようにしたも
のである。

【０１１９】上記第２の実施の形態における第２の変形
例による可変焦点光学素子においては、電源オン後、上
記第２薄膜５０４の一部が上記第２電極５０２及び上記
第３電極５０３に接した後においては、比較的小さな電
圧で駆動が可能である。

【０１２０】しかるに、上記第２の実施の形態における
第２の変形例による可変焦点光学素子においては、電源
を一切接続していない状態では、上記第２薄膜３０５が
平行平板であるために、上記第２電極５０２及び上記第
３電極５０３と距離が開いている。

【０１２１】このため、上記第２の実施の形態における
第２の変形例による焦点可変光学素子を初期化すなわち
上記第２薄膜を上記第２電極５０２及び上記第３電極５
０３と接触させるためには、高い電圧を印加する必要が
ある。

【０１２２】そこで、この第２の実施の形態における第
３の変形例による可変焦点光学素子においては、強制的
に上記第２薄膜５０４の一部が上記第１基板３０２及び
上記第３基板３１０に接するようにしたことによって、
焦点可変光学素子の初期化において必要な電圧を低くし
たものである。

【０１２３】なお、第２の実施の形態における図３や図
４の場合でも、第１の実施の形態における図２の場合に
準じて、ポンプ室の薄膜にコルゲートダイヤフラムを設
け、薄膜の変形し易さを向上させることにより、可変焦
点光学素子の駆動性能を向上させるようにするとさらに
よい。

【０１２４】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、上述したような従来の技術における問題を解決
するためには、静電ギャップを極力小さくすると共に、
薄膜面積を大きくすることによって、ポンプ容積を維持
したまま低電圧駆動可能な静電駆動型ポンプとし、この
ポンプで光学素子の焦点を可変とすることが有効である
ことに着目して、作成が容易であると共に、大変形可能
な可変焦点光学素子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），（ｃ）は、本発明によ
る可変焦点光学素子の第１の実施の形態の構成を説明す
るために示す可変焦点光学素子の上面図、断面図及び駆
動状態を説明するために示す断面図である。

【図２】図２の（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施
の形態における第１の変形例による可変焦点光学素子の
構成を説明するために示す平面図と、断面図である。

【図３】図３の（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施
の形態による可変焦点光学素子の構成を説明するために
示す断面図と、駆動状態を説明するために示す断面図で
ある。

【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態における第
１の変形例による可変焦点光学素子の構成を説明するた
めに示す断面図である。

【図５】図５の（ａ）、（ｂ），（ｃ）は、本発明の第
２の実施の形態における第２の変形例による可変焦点光
学素子の構成を説明するために示す断面図と、電源オン
後の初期状態における駆動状態を説明するために示す断
面図と、駆動状態を説明するために示す断面図である。

【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態における第
３の変形例による可変焦点光学素子の構成を説明するた
めに示す断面図である。

【図７】図７は、従来の技術における第１の従来例によ
る可変焦点反射鏡の概略構成を説明するために示す断面
図である。

【図８】図８の（Ａ）、（Ｂ）は、従来の技術における
第２の従来例として、特開平７−４８４０４号公報に開
示されている可変焦点レンズを説明するために示す全体
の上面図と、断面図である。

【図９】図９は、図８の（Ｂ）におけるポンプ１５を説
明するために示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１０１…可変焦点光学素子、 １０４…第１薄膜、 １０５…第２薄膜、 １０３…第２基板、 １０６…第２電極、 １０２…第１基板、 １０７…第１圧力室、 １０８…第１ポンプ室、 １０９…第１パイプ部、 ２０１…可変焦点光学素子、 ２０２…ベローズ、 ２０３…第２薄膜、 ３０１…可変焦点光学素子、 ３０４…第１薄膜、 ３０５…第２薄膜、 ３０３…第２基板、 ３０６…第２電極、 ３０７…第１圧力室、 ３０８…第１ポンプ室、 ３０９…第１パイプ部、 ３１０…第３基板、 ３１１…第２圧力室、 ３１２…第２パイプ部、 ３１３…第２ポンプ室、 ４０１…第３電極、 ５０１…可変焦点光学素子、 ５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，…５０２ｇ…第２電
極、 ５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃ，…５０３ｇ…第３電
極、 ５０４…第２薄膜、 ６０１ａ，６０１ｂ…突起部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板又は積層された基板に形成され、上
   面又は下面の少なくとも一方に薄膜部を有し、上記薄膜
   は第１の電極を有し、上記薄膜の対向面には第２の電極
   を有し、上記第１の電極と上記第２の電極間に印加され
   る電圧で上記薄膜が変形可能である第１室と、 上記基板又は積層された上記基板に形成され、上面又は
   下面の少なくとも一方に薄膜部を有し、上記薄膜部の変
   形により焦点距離が可変な光学素子として作用する第２
   室と、 上記第１室と上記第２室を接続する通路とを有し、 上記第１室の薄膜部は上記第２室の薄膜部より面積が大
   きく、上記第１室と上記第２室及び上記通路には流体が
   封入されており、上記第１の電極と上記第２の電極間に
   印加される電圧で光学素子としての上記第２室の焦点距
   離が可変に構成されていることを特徴とする可変焦点光
   学素子。
2. 【請求項２】 基板又は積層された基板に形成され、上
   面と下面の間に設けられた薄膜部で上室及び下室に分離
   され、上記薄膜部には第１の電極が形成され、上記上面
   又は上記下面の少なくとも一方には第２の電極が形成さ
   れ、上記第１の電極と上記第２の電極間に印加される電
   圧で上記薄膜部が変形可能である第１室と、 上記基板又は積層された上記基板に形成され、上面と下
   面の間に設けられた薄膜部で上室及び下室に分離され、
   上記薄膜部の変形により焦点距離が可変な光学素子とし
   て作用する第２室と、 上記第１室の上室と上記第２室の上室を接続する第１の
   通路と、 上記第１室の下室と上記第２室の下室を接続する第２の
   通路とを有し、 上記第１室の薄膜部は上記第２室の薄膜部より面積が大
   きく、上記第１室の上室と上記第２室の上室及び上記第
   １の通路には第１の流体が封入されており、上記第１室
   の下室と上記第２室の下室及び上記第２の通路には上記
   第１の流体と同じ又は熱膨張係数が略等しい第２の流体
   が封入されており、上記第１の電極と上記第２の電極間
   に印加される電圧で光学素子としての上記第２室の焦点
   距離が可変に構成されていることを特徴とする可変焦点
   光学素子。
3. 【請求項３】 上記第１室の薄膜部はコルゲートダイア
   フラム部を有することを特徴とする請求項１又は２記載
   の可変焦点光学素子。
4. 【請求項４】 基板又は積層された基板に形成され、上
   面又は下面の間に設けられた薄膜部で上室及び下室に分
   離され、上記薄膜部には第１の電極が形成され、上記上
   面又は上記下面の少なくとも一方には複数の電極からな
   る電極アレイである第２の電極が形成され、上記第１の
   電極と上記第２の電極が接触しても電気が導通しないよ
   うに絶縁処理が施されており、上記第１の電極と上記第
   ２の電極間に印加される電圧で上記薄膜部が変形可能で
   ある第１室と、 上記基板又は積層された上記基板に形成され、上面と下
   面の間に設けられた薄膜部で上室及び下室に分離され、
   上記薄膜部の変形により焦点距離が可変な光学素子とし
   て作用する第２室と、 上記第１室の上室と上記第２室の上室を接続する第１の
   通路と、 上記第１室の下室と上記第２室の下室を接続する第２の
   通路と、 上記第１室の上室と上記第２室の上室及び上記第１の通
   路に封入された第１の流体と、 上記第１室の下室と上記第２室の下室及び上記第２の通
   路に封入された、上記第１の流体と同じ又は熱膨張係数
   が略等しい第２の流体とを有し、 上記第１室の薄膜部の少なくとも一部が、上記第１の電
   極と上記第２の電極間の静電引力により、上記第２の電
   極に接触した状態で駆動され、上記第２の電極を構成す
   る複数の電極の各々に印加される電圧の変化によって、
   上記第１室の薄膜部が上記第２の電極に接触する状態が
   変化し、これにより上記第１室の上室及び下室の容積を
   変化させることにより、光学素子としての上記第２室の
   焦点距離が可変に構成されていることを特徴とする可変
   焦点光学素子。
5. 【請求項５】 上記第１室の薄膜部を上記第２の電極に
   近接するように、押圧する突起部を、さらに有すること
   を特徴とする請求項４記載の可変焦点光学素子。