JP2004157527A - Variable shape reflecting mirror and manufacturing method thereof - Google Patents

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Shinji Kaneko
新二 金子
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable shape reflecting mirror, which is formed with a deformable film having uniform stiffness configurable with a method of high productivity, operable even at a comparatively low drive voltage, and provides a high imaging performance, without increasing the number of fixed side electrodes.
SOLUTION: The mirror is provided with a flexible thin film whose periphery is supported by a frame member, a reflective surface arranged on the film and a plurality of conductive electrodes arranged in the film, and electrostatic force is made to act on the reflective surface to vary the shape through the conductive electrode. The conductive electrode is divided circumferentially around the central part of the film, and also divided in a radial direction. The number of in the circumferential divisions in an external periphery is increased than that of the circumferential ones in the central part.
COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

本発明は、可変形状反射鏡に関し、特に、高精度の形状制御が可能である小型の可変形状反射鏡、及びそのような可変形状反射鏡を半導体製造技術を用いて製造する製造方法に関する。 The present invention relates to a deformable reflector, in particular, small deformable reflector shapes are possible high-precision control, and to a method of manufacturing using semiconductor manufacturing techniques such deformable mirror.

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は、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。 Micro In microscopic optical system applied to the micro-optics such as an optical pickup, conventionally can change for the purpose of simplifying the mechanism related to focusing or the like which has an electromagnetic actuator, the curvature of the reflecting surface proposal varifocal mirror is being performed. また、可変焦点鏡の適用は、小型の撮像用光学系の更なる小型化においても大きく寄与することができる。 Further, the application of the variable focus mirror, can also contribute significantly in further miniaturization of the small-sized imaging optical system.

このような可変焦点鏡では半導体製造技術による、いわゆるMEMS(Micro Electro-Mechanical System)技術を適用する事によって、低コストで高精度な製品の製作が期待できる。 By such semiconductor manufacturing technology is a variable focus mirror, by applying the so-called MEMS (Micro Electro-Mechanical System) technology, fabrication of high-precision products at a low cost can be expected. この種の技術の一例として、例えば、特許文献1で提案されている技術が挙げられる。 An example of this type of technology, for example, a technique has been proposed in Patent Document 1. この技術について、図17及び図18を用いて説明する。 This technique will be described with reference to FIGS. 17 and 18.

図17において、ガラス等の絶縁基板11の上面に導電性薄膜からなる固定側の電極層12が被着されている。 17, the electrode layer 12 of the fixed side to the upper surface of the insulating substrate 11 of glass or the like made of a conductive thin film is deposited. また、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。 Further, on one main surface of the silicon substrate 13 is a thin film 14 of silicon dioxide is formed as an insulating film. シリコン基板13の中央部の他主面には空所15が形成されており、この空所15によって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である。 To the other main surface of the central portion of the silicon substrate 13 is cavity 15 formed by the space 15 can be displaced in the thickness direction central portion of the silicon dioxide thin film 14. 更に、二酸化シリコンの薄膜14には可動側の電極層16が積層されている。 Furthermore, the electrode layer 16 of the movable side is laminated on the thin film 14 of silicon dioxide. また、前述の二酸化シリコンの薄膜14及び電極層16の中央部は反射鏡部17を構成している。 The central portion of the thin film 14 and electrode layer 16 in the silicon dioxide constitutes a reflection mirror portion 17. そして、この反射鏡部17は、電極層12,16間に印加された電圧により、固定側の電極層12側へ凸入状に変形するようになっている。 Then, the reflection mirror portion 17, the voltage applied between the electrode layers 12 and 16 are adapted to deform into a convex Irijo to the electrode layer 12 side of the fixed side.

また、シリコン基板13は、二酸化シリコンの薄膜14側を図面の下側にして絶縁基板11にスペーサ部材18を介して接合されている。 The silicon substrate 13 is bonded via the spacer member 18 on the insulating substrate 11 in the lower side of the drawing a thin film 14 of the silicon dioxide. なお、シリコン基板13の他主面にも二酸化シリコンの薄膜19が形成されている。 Incidentally, the thin film 19 of silicon dioxide to the other main surface of the silicon substrate 13 is formed.

このような反射鏡装置の製造は図18(A)〜図18(E)に示すようにして行われる。 The production of such reflectors device is carried out as shown in FIG. 18 (A) ~ FIG 18 (E). まず、図18(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の二酸化シリコンの薄膜14,19を形成し、更に下側の薄膜14上に厚さ100nm程度の金属膜を電極層16として被着する。 First, a thin film 14, 19 of silicon dioxide having a thickness of 400~500nm on both surfaces of the silicon substrate 13 of the mirror-polished surface orientation <100> double-sided as shown in FIG. 18 (A), further the lower side of the membrane 14 deposited thickness 100nm about the metal film as the electrode layer 16 on.

次に図18(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。 Then the photoresist 20 of a predetermined pattern as shown in FIG. 18 (B) is applied, to form a circular window hole 21 by photolithography. 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の薄膜14に窓あけを行う。 Thereafter, while protecting the lower surface of the substrate, the photoresist 20 as a mask, the Apertures in the thin film 14 of silicon dioxide with a solution of hydrofluoric acid.

次に図18(C)に示すようにエチレン・ジアミン・ピロカテコールの水溶液にシリコン基板13を浸して、図18(B)の窓孔21の部分からシリコン基板をエッチングする。 Then immersed silicon substrate 13 in an aqueous solution of ethylene diamine pyrocatechol, as shown in FIG. 18 (C), etching the silicon substrate from the portion of the window hole 21 in FIG. 18 (B). 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の薄膜14が露出した時点で停止する。 At this time, the etching as shown is stopped at the time when the thin film 14 on the lower surface side of the silicon dioxide is exposed. このようにして、二酸化シリコンの薄膜14と電極層16よりなる薄膜上の反射鏡部17が残存する。 In this manner, the reflection mirror portion 17 on the thin film made of a thin film 14 and the electrode layer 16 of silicon dioxide remains.
一方、これとは別に図18(D)に示すように厚さ300μmの絶縁基板11の上面に、固定電極として厚さ100nmの金属膜を電極層12として形成する。 On the other hand, separately from the upper surface of the insulating substrate 11 having a thickness of 300μm as shown in FIG. 18 (D) to this, a metal film having a thickness of 100nm as a fixed electrode as an electrode layer 12.

次に18(E)に示すように、絶縁基板11上に、厚さ100μm程度のポリエチレン製のスペーサ部材18を介して接着すれば、図17に示した反射鏡装置が製作される。 Next, as shown in 18 (E), on the insulating substrate 11, if the adhesive through a polyethylene spacer member 18 having a thickness of about 100 [mu] m, the reflector apparatus shown in FIG. 17 is fabricated.

このような可変形状鏡では、二酸化シリコンの薄膜14と固定側の電極層12との間には均一な電位差が生じることになるが、この場合の変形形状は最大変位量が等しい場合の球面と比較すると概略的に図19のようになり、特に周辺部での変形量が不足して大きな球面収差が生じるので高い結像性能は望めない。 In such a deformable mirror, it will be uniform potential difference is generated between the electrode layer 12 of the fixed side and thin film 14 of silicon dioxide, the deformed shape in this case is spherical when the maximum displacement is equal to by comparison schematically look like Figure 19, a high imaging performance can not be expected since they produce large spherical aberration is insufficient in particular the amount of deformation of the peripheral portion. 更に、小型の反射鏡を撮像用光学系に適用する場合には、斜め入射となるのが一般的で、この場合に良好な結像性能を得るには回転非対称の非球面が必要とされる。 Further, when applying a small reflecting mirror optical system for imaging, is common to the oblique incidence, is required aspherical surface rotationally asymmetric in order to obtain a good imaging performance in this case .

このような要求に対して、可変形状鏡を任意に、もしくは特定の理想形状に変形させるためには、固定側電極層を複数の領域に分割して、変形面の電極との間にそれぞれ異なった電位差を与える方法が考えられる。 For such requirement, optionally the deformable mirror, or to deform to a particular ideal shape divides the fixed-side electrode layer into a plurality of regions, different respectively between the electrodes of the deformable surface how to give a potential difference can be considered. このような電極の分割形態には、同心円状、格子状、ハニカム状などが考えられ、例えば非特許文献1においてはハニカム形状に固定側電極を分割する手法が提案されている。 Such split form of the electrode, concentric, lattice-like, such as a honeycomb-like are considered, for example, in Non-Patent Document 1 a technique for dividing the fixed electrode into a honeycomb shape have been proposed.

また、変形形状を例えば球面や放物面といった特定の形状に合わせ込むための手法としては、非特許文献2で、部位によって厚さが異なる変形面を形成する手法が提案されている。 Further, as a method for intended to adjust the deformed shape into a particular shape, e.g. spherical or paraboloid, in Non-Patent Document 2, a technique thickness by site to form a different deformation surface it has been proposed.
特開平2−101402号公報 JP-2-101402 discloses 特開平8−334708号公報 JP-8-334708 discloses

しかしながら、固定側電極を複数の領域に分割する手法で高い形状精度を得るためには、電極の分割数を多くする必要がある。 However, in order to obtain high shape accuracy by a method of dividing the fixed electrode into a plurality of regions, it is necessary to increase the number of divisions of the electrodes. つまり、異なった電圧を印加するための多くのリード線の接続を要し、結果として素子の小型化を妨げることになる。 In other words, different voltages required connection of a number of leads for applying, resulting in preventing the miniaturization of the element. 加えて、電極数の増大が制御回路の複雑化を招いてしまう。 In addition, increasing the number of electrodes which leads to complication of the control circuit. 更に、図19に示したように、均一な電位差では、球面や放物面の場合に外周部の変形量が不足するのが一般的で、必然的に外周部に大きな電位差を与えることになるが、これは実質的な駆動電圧を増大させることにつながってしまう。 Furthermore, as shown in FIG. 19, a uniform potential difference, common that insufficient amount of deformation of the outer peripheral portion in the case of spherical or paraboloid, will provide a large potential difference inevitably outer peripheral portion but this leads to increase the substantial drive voltage.

一方、変形面の剛性に分布を持たせる手法では、前述のような問題が発生することはないが、厚さもしくは弾性率を局部的に制御するのは難しく、生産性の高い形成方法で高精度の変形形状を得ることが非常に困難である。 On the other hand, in the technique of giving a distribution to the rigidity of the deformable surface, although never occur problems such as described above, to locally control the thickness or modulus is difficult, high in high productivity forming method it is very difficult to obtain a deformed shape of accuracy. 加えて、例えば厚さに分布を持たせる手法では最も小さい剛性が求められる領域(球面や放物面に変形させる場合は外周部近傍となるのが一般的)で、変形膜を技術的に可能なレベルで最も薄くすることになり、他の領域では必然的にそれよりも厚くすることになる。 In addition, for example, in a region where the smallest stiffness in a manner to have a distribution in thickness is required (common to the vicinity of the outer peripheral portion when deforming the spherical or parabolic), technically possible deformation film most will be thinner at a level, so that the thicker inevitably than in other regions. したがって、平均的な変形膜の厚さが大きくなるので、均一な厚さを用いる場合と比較して大きな駆動電圧を必要とすることになる。 Therefore, the thickness of the average deformation film is increased, thus requiring a large driving voltage as compared with the case of using a uniform thickness.

本発明は前記の事情に鑑みてなされたもので、固定側電極の数を増やすことなく、生産性の高い方法で構成可能な一様な剛性を有する変形膜で形成され、比較的低い駆動電圧であっても動作可能であって、高い結像性能が得られる可変形状反射鏡、及びそのような可変形状反射鏡の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, without increasing the number of fixed-side electrode is formed of a deformable membrane having a uniform stiffness configurable productive method, a relatively low drive voltage a a be operable in, an object of high deformable reflector imaging performance can be obtained, and to provide a method of manufacturing such a deformable mirror.

前記の目的を達成するために、本願第1の発明による可変形状反射鏡は、反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、前記複数の導電性電極は、前記可撓性薄膜の中央部を中心とする円周方向に分割されているとともに、半径方向にも分割されており、前記可撓性薄膜は、その外周部における円周方向の分割数が中央部における円周方向の分割数よりも多いことを特徴とする。 To achieve the above object, the deformable reflective mirror according to the present first invention, the reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the plurality of conductive flexible film whose periphery is supported by the frame member in the deformable reflector to change the shape of the reflecting surface by applying an electrostatic force sexual electrodes, the plurality of conductive electrodes is divided in the circumferential direction about the central portion of the flexible thin film together are also radially is divided, the flexible thin film, wherein the number of divisions of the circumferential direction greater than the number of divisions in the circumferential direction at the central portion in its outer peripheral portion.

つまり、可撓性薄膜上に設けられた分割された導電性電極は、外周部における円周方向の分割数が中央部における円周方向の分割数よりも多いので、外周部における反射面の形状の制御が細かく行われる。 That is, the divided conductive electrodes provided on the flexible film, since the division number of the circumferential direction greater than the number of divisions in the circumferential direction at the central portion in the outer peripheral portion, the shape of the reflection surface at the outer peripheral portion control of is carried out finely.

また、前記の目的を達成するために、本願第2の発明による可変形状反射鏡は、反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、前記可撓性薄膜の外周部近傍に、可撓性薄膜の他の領域よりも剛性の低い部位を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflecting mirror according to the second invention comprises a reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the plurality of flexible thin film whose periphery is supported by the frame member in the deformable reflector to the conductive electrode by applying an electrostatic force to change the shape of the reflecting surface, the vicinity of the outer periphery of the flexible thin film, a lower rigidity than the other regions of the flexible membrane portion the is characterized in that provided.

つまり、可変形状反射鏡の外周部に剛性の低い部位を設けることにより、この領域での曲げ剛性が低下し、小さな力でも反射面の形状が大きく変形する。 In other words, by providing the low rigidity portion to the outer peripheral portion of the deformable reflector, reduces the bending stiffness in this region, the shape of the reflecting surface is largely deformed even by a small force.

また、前記の目的を達成するために、本願第3の発明による可変形状反射鏡は、本願第2の発明において、前記剛性の低い部位は、前記可撓性薄膜、前記反射面、又は前記導電性電極の少なくとも一つに離散的に設けられた開口であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflecting mirror according to the third invention, in the second invention, a low portion of the rigidity, the flexible thin film, the reflective surface, or the conductive characterized in that at least one discretely provided openings sex electrode.

つまり、可変形状反射鏡に、離散的に開口を設けることにより、この領域での曲げ剛性が低下し、小さな力でも反射面の形状が大きく変形する。 In other words, the deformable reflector, by discretely providing the opening, reduces the bending stiffness in this region, the shape of the reflecting surface is largely deformed even by a small force.

また、前記の目的を達成するために、本願第4の発明による可変形状反射鏡は、本願第2の発明において、前記可撓性薄膜は、変形時における外周部近傍での、平坦時の前記反射面に対する鉛直方向の変位勾配が部位によって異なっており、変位勾配が大きい部位における前記剛性の低い部位の占める割合が、変位勾配が小さい部位における前記剛性の低い部位の占める割合よりも大きいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflecting mirror according to a fourth invention, in the second invention, the flexible thin film, in the outer peripheral portion near during deformation, the at flat displacement gradient in the vertical direction with respect to the reflecting surface is different by site, the proportion of low site said rigid at the site displacement gradient is large, larger than the ratio of the low portion of said rigid at the site displacement gradient is small and features.

つまり、反射面に同じ静電気力を作用させても、剛性の低い部位では変位勾配が大きくなり、剛性の高い部位では変位勾配が小さくなる。 That is, even by the action of the same electrostatic force reflecting surface, the displacement slope is significant at low site rigidity, the displacement slope becomes small in the high rigidity region.

また、前記の目的を達成するために、本願第5の発明による可変形状反射鏡は、本願第3の発明において、前記可撓性薄膜は、変形時における外周部近傍での、平坦時の前記反射面に対する鉛直方向の変位勾配が部位によって異なっており、変位勾配が大きい部位における前記開口の占める割合が、変位勾配が小さい部位における前記開口の占める割合よりも大きいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflecting mirror according to a fifth invention, in the third aspect of the invention, the flexible thin film, in the outer peripheral portion near during deformation, the at flat displacement gradient in the vertical direction with respect to the reflection surface is different by the site ratio of the opening at the site displacement gradient is large, and greater than the ratio of the opening at the site displacement gradient is small.

また、前記の目的を達成するために、本願第6の発明による可変形状反射鏡は、反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、前記可撓性薄膜の円周方向に沿って剛性の低い部位が設けられており、この剛性の低い部位の剛性の分布は円周方向で異なっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflector according a sixth invention, a reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the plurality of flexible thin film whose periphery is supported by the frame member of the conductive electrode in the variable shape reflecting mirror to change the shape of the reflecting surface by applying an electrostatic force, and lower portions are provided stiffness along the circumferential direction of the flexible thin film, the rigidity distribution of the rigidity of the lower portion is characterized in that different in the circumferential direction.

つまり、可撓性薄膜の円周方向に剛性の分布が異なる部位が設けられているので、この剛性の違いにより、同じ静電気力を作用させても反射面の変形量が異なる。 In other words, the rigidity of the distribution in the circumferential direction of the flexible thin film is different sites are provided, the difference in the rigidity, deformation of the reflection surface is also allowed to act the same electrostatic force are different.

また、前記の目的を達成するために、本願第7の発明による可変形状反射鏡は、反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力または電磁気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、前記可撓性薄膜の円周方向に沿って開口が設けられており、この開口の占める割合は円周方向で異なっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflector according a seventh aspect of the present invention, a reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the plurality of flexible thin film whose periphery is supported by the frame member of the conductive electrode in the variable shape reflecting mirror to change the shape of the reflecting surface by the action of electrostatic force or electromagnetic force, an opening is provided along the circumferential direction of the flexible film, the opening percentage is characterized in that different in the circumferential direction.

つまり、可撓性薄膜の円周方向に開口が設けられているので、同じ静電気力を作用させても反射面の変形量が異なる。 That is, since the opening is provided in the circumferential direction of the flexible thin film, deformation of the reflection surface is also allowed to act the same electrostatic force are different.

また、前記の目的を達成するために、本願第8の発明による可変形状反射鏡は、固定された下部電極と、枠部材に周囲を支持されており、反射面と複数の導電性電極とを有する可撓性薄膜と、を有する可変形状反射鏡であって、前記下部電極の一部に、部位によって異なる間隔で離散的に配置された開口が設けられており、前記可撓性薄膜の外周部に他の領域よりも剛性の低い部分を設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflector according an eighth invention, a fixed lower electrode, is supported around the frame member, a reflecting surface and a plurality of conductive electrodes flexible and thin, a deformable reflector having, in a part of the lower electrode is provided discretely arranged openings at different intervals depending on the site, the outer periphery of the flexible thin film having and it is provided with a low rigidity portion than other regions in the section.

つまり、可撓性薄膜の外周部に他の領域よりも剛性の低い部位を設け、さらに、下部電極にも開口を設けることで、可撓性薄膜の変形がより細かく制御される。 That is, the outer peripheral portion of the flexible membrane providing a site lower rigidity than other regions, further, by providing the opening in the lower electrode, the deformation of the flexible thin film is more finely controlled.

また、前記の目的を達成するために、本願第9の発明による可変形状反射鏡は、本願第8の発明において、前記剛性の低い部位は、前記可撓性薄膜、前記反射面、又は前記導電性電極の少なくとも一つに離散的に設けられた開口であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present deformable reflector according ninth aspect of the present invention of the eighth, lower portion of said rigid, the flexible thin film, the reflective surface, or the conductive characterized in that at least one discretely provided openings sex electrode.

つまり、可撓性薄膜の外周部に他の領域よりも剛性の低い部位を設け、更に、下部電極にも開口を設けることで、可撓性薄膜の変形がより細かく制御される。 That is, the outer peripheral portion of the flexible membrane providing a site lower rigidity than other regions, further, by providing the opening in the lower electrode, the deformation of the flexible thin film is more finely controlled.

また、前記の目的を達成するために、本願第10の発明による可変形状反射鏡の製造方法は、半導体基板の第1及び第2の主面に保護膜を形成する工程と、前記第1の主面に可撓性薄膜を形成する工程と、フォトリソグラフィーにより、前記可撓性薄膜に開口を離散的に形成する工程と、前記可撓性薄膜上に電極を形成する工程と、前記半導体基板の第2の主面からフォトリソグラフィーによる開口を形成し、残った半導体基板により外枠を形成する工程とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present tenth method of manufacturing a deformable reflector according invention includes the steps of forming a protective film on the first and second main surface of the semiconductor substrate, the first forming a flexible film on the main surface, by a photolithography, a step of discretely forming an opening in the flexible thin film, and forming an electrode on the flexible thin film, the semiconductor substrate second to form an opening by photolithography from the main surface, the remaining semiconductor substrate and having a step of forming an outer frame of.

つまり、可撓性薄膜にフォトリソグラフィーで開口を形成し、開口を形成した後に電極を形成するので、微細で高精度の貫通孔が容易に形成される。 That is, the flexible thin film to form an opening by photolithography, since an electrode is formed after forming the opening, high-precision through-hole is easily formed by fine.

本発明によれば、固定側電極の数を増やすことなく、生産性の高い方法で構成可能な一様な剛性を有する変形膜で形成され、比較的低い駆動電圧であっても動作可能であって、高い結像性能が得られる可変形状反射鏡、及びそのような可変形状反射鏡の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, without increasing the number of fixed-side electrode is formed of a deformable membrane having a uniform stiffness configurable productive method, it is operable even at relatively low driving voltage Te, it is possible to provide high deformable reflector imaging performance can be obtained, and a method of manufacturing such a deformable mirror.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] First Embodiment
本発明の第1の実施の形態について図1〜図6を用いて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 図1は本実施の形態の可変形状反射鏡を適用する光学系の構成を模式的に示したものである。 1, there is a configuration of an optical system for applying the deformable reflector of the embodiment shown schematically.

入射側の前群レンズ101と固体撮像素子102側の後群レンズ103とは光軸が直交するように配置され、その交点に可変形状反射鏡104が配置される。 The lens group 103 after the front lens group 101 and the solid-state image sensor 102 side of the incident side are disposed so that the optical axes are orthogonal, the deformable reflector 104 is disposed in the intersection. この可変形状反射鏡104の反射面を有する変形膜105は、静電気力によって平面(図中の破線の状態)から凹面(図中の実線の状態)まで連続的に変形することによって、光学系の焦点位置を変化させる。 Deformation film 105 having a reflecting surface of the deformable reflector 104 by continuously deformed from the plane (broken line state in the figure) to the concave surface (solid state in the figure) by an electrostatic force, the optical system changing the focal position. すなわち、可変形状反射鏡104の変形によってレンズ群の繰り出しを行うことなくピント調整が可能となる。 In other words, it is possible to focus adjustment without the feeding of the lens by the deformation of the deformable reflector 104.

この場合、反射面が平面の時には無限遠にピントが合い、凹面の時に近点にピントが合うことになるが、凹面鏡に対しては光束が斜め方向から入射することになるので、その変形面が単純な球面や放物面の場合には、大きな球面収差が発生する。 In this case, we focus on infinity when the reflecting surface is planar, but will be in focus in the near point when the concave, it means that the light beam is incident from an oblique direction with respect to the concave mirror, the deformable surface the large spherical aberration occurs when the simple spherical or paraboloid. このとき、高精細の撮像を行うことはできないので、反射面を回転非対称の自由曲面に変形させる必要がある。 In this case, it is not possible to perform imaging of high resolution, it is necessary to deform the reflective surface on the free-form surface of the rotationally asymmetric.

図2及び図3は実際のレンズ構成に対して近点時の球面収差を抑制するように設計した反射面の形状の例を示している。 Figures 2 and 3 show an example of the shape of the reflecting surface which is designed to suppress the spherical aberration when the near point to the actual lens arrangement. 図2は、反射面の形状を立体的に示した図である。 Figure 2 is a diagram sterically showing the shape of the reflecting surface. ここで反射面が変形する領域のサイズは、半径3mmの一対の半円で、6mm×2mmの長方形を挟んだ形状となっている。 The size of the region where the reflective surface is deformed here is a pair of semicircular radius 3 mm, and has a sandwiched shape a rectangular 6 mm × 2 mm. 図3は反射面の変位を表したコンター図である。 Figure 3 is a contour diagram showing the displacement of the reflecting surface. なお、この図3には、図2及び図3で示す反射面を持つ可変形状反射鏡を図1の光学系に適用した場合の固体撮像素子102の有効画素に対するイメージエリアも併せて示している。 Incidentally, in this figure 3 also shows the image area with respect to the effective pixels of the solid-state imaging device 102 in the case of applying the deformable reflector having a reflecting surface shown in FIGS. 2 and 3 to the optical system of FIG. 1 .

ここで、可変形状反射鏡の変形面に対して一様な静電気力を作用させた場合の変形形状と、図2あるいは図3に示した光学設計に基づく理想形状との誤差の分布を図4に示す。 Here, figures and deformed shape when allowed to act uniform electrostatic force to deformation surface of the deformable reflecting mirror, the distribution of the error between the ideal shape based on optical design shown in FIG. 2 or 3 4 to show. 実際には図示されたイメージエリア内の誤差のみが問題となるが、誤差は変形面の外周近傍において特に大きくなっている。 Actually only errors in the image area illustrated is a problem, the error is especially increased in the vicinity of the outer periphery of the deformable surface. 加えて、変形面の外周部では、円周方向に対して誤差が一様ではなく、誤差の程度について大きな差があることがわかる。 In addition, in the outer peripheral portion of the deformable surface, the error is not uniform with respect to the circumferential direction, it can be seen that there is a large difference for the degree of error. 当然のことであるが、このような誤差分布は光学系の設計によって異なる。 Of course, such error distribution varies depending on the design of the optical system. しかし、通常の回転対称形状のレンズと組み合わせる場合はおおむね同様の傾向を示すことになる。 However, it will exhibit a generally similar tendency if combined with normal rotation symmetrical shape of the lens.

また、高精細の撮像を行うためには反射面の変形形状を理想形状に近づけることが不可欠であり、そのためには前述の従来技術で提案されているように、対向する電極の一方を分割して、可変形状反射鏡の変形面に作用させる静電気力に分布を持たせることが必要である。 Further, in order to perform the imaging of high definition is essential to approximate the deformed shape of the reflecting surface to the ideal shape, in order that, as proposed in the prior art described above, by dividing one of the opposing electrode Te, it is necessary to have a distribution of electrostatic force to be applied to the modified surface of the deformable mirror.

ここで、本実施の形態における可変形状反射鏡104の構成について図5を用いて説明する。 Here it will be described with reference to FIG. 5 the configuration of the deformable reflector 104 in this embodiment. 可変形状反射鏡104は、上部基板106と下部基板107を、下部基板107に形成されたスペーサ108を隔てて張り合わせた構成となっている。 Deformable reflector 104, the upper substrate 106 and lower substrate 107 has a structure in which bonding at a spacer 108 formed on the lower substrate 107. なお、図5では、説明のために上部基板106と下部基板107とを分離した状態を示している。 In FIG. 5 shows a state in which to separate the upper substrate 106 and lower substrate 107 for the purpose of explanation. 上部基板106は枠部材109によって支持された変形膜105を有している。 The upper substrate 106 has a deformable membrane 105 which is supported by the frame member 109. また、下部基板107上の、変形膜105に対向する領域には複数の領域に分割された固定電極110が形成されている。 Further, on the lower substrate 107, the fixed electrode 110 are formed divided into a plurality of regions in a region facing the deformation film 105. なお、変形膜105は特許請求の範囲に記載の「可撓性薄膜」に対応する。 Incidentally, deformation film 105 corresponds to the "flexible film" described in the claims.

また、ここでは図示を省略しているが、変形膜105には「反射面」が形成されている。 Although here is not shown, the "reflective surface" is formed in the deformable membrane 105. 更に、この変形膜105は導電性を有するものであって、これと固定電極110の各領域は外部コントローラに電気的に接続され、各々独立した電位を与えられるものである。 Furthermore, the deformation film 105 be one having conductivity, which each region of the fixed electrode 110 is electrically connected to an external controller, it is intended to be given each independent potential.

なお、枠部材109の光入射側を黒く塗装するか、変形膜105のイメージエリアに開口を設けた黒い板を張り付けておくことがフレア防止上望ましい。 Incidentally, either painted black light incident side of the frame member 109, it is on preventing flare desirably affixed black plate having an opening to the image area of ​​the deformation film 105.

図6は、図2あるいは図3において示した形状に合わせ込むように分割した固定電極110の形状と、この中心近傍に作用させる静電気力を1とした場合に、他の領域に作用させる静電気力を示している。 6, when the divided shape of the fixed electrode 110 so as to go match the shape shown in FIG. 2 or FIG. 3, an electrostatic force to act on the vicinity of the center and 1, the electrostatic force to be applied to other areas the shows. このように静電気力を作用させれば、イメージエリアのほぼ全域で形状誤差を100nm以下とすることができる。 If ask thus act an electrostatic force, a shape error in almost the entire image area can be set to 100nm or less.

ここで、図6から判るように、固定電極110の円周方向での分割線は、変形領域の外周部では中心部と比較して細かく分割されている。 Here, as can be seen from FIG. 6, the dividing line in the circumferential direction of the fixed electrode 110, the outer peripheral portion of the deformed region is finely divided as compared to the center. これは、前述したように、変形領域の外周部では中心近傍と比較して、円周方向に対する誤差の違いが大きいので、細かく静電気力を作用させる必要があることを示している。 This is because, as described above, as compared with near the center in the outer peripheral portion of the deformed region, the error difference in respect circumferentially larger, indicating that it is necessary to act finely electrostatic force. なお、半径方向への分割線に関しては、図3に示した等高線にほぼ沿った形状となっている。 Regarding the dividing line in the radial direction, it is substantially along a shape contour lines shown in FIG.

また、図3においてイメージエリア外周もしくは変形領域外周を複数の等高線が横切っていることから判るように、光学設計上の変形領域外周の高さは一様でない。 Moreover, as can be seen from a plurality of contour lines are across the image area periphery, deformed region periphery 3, the height of the deformation region the outer periphery of the optical design is not uniform. しかし、可変形状反射鏡の場合は、その構造上、変形領域外周の高さを等しくする必要があり、変形領域外周からイメージエリア外周までの領域では、半径方向の勾配が、円周方向で大きく異なるのが一般的である。 However, in the case of the deformable reflector, its structure, it is necessary to equalize the height of the deformation region periphery, in the region of the deformation area periphery to the image area periphery, the gradient of the radial, largely in the circumferential direction the difference is common.

したがって、誤差量の円周方向での違いが比較的大きくなる変形領域の外周部の電極を、中心近傍の電極よりも細かく分割することによって、単純に矩形状もしくはハニカム状に電極を分割する手法と比較して、より少ない分割数で理想形状との誤差を小さくすることができる。 Accordingly, technique an electrode of the outer peripheral portion of the difference is relatively larger deformation area in the circumferential direction of the error amount by dividing finely than the electrode near the center, simply divide the rectangular or honeycomb shape electrode compared to, it is possible to reduce the error between the ideal shape with less number of divisions.

[第2の実施の形態] Second Embodiment
本発明の第2の実施の形態について図7及び図8を用いて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 第1の実施の形態にあっては図5に示したように、中心部と比較して外周部に著しく大きな静電気力を作用させる必要がある。 As In the first embodiment shown in FIG. 5, it is necessary to act significantly greater electrostatic force to the outer peripheral portion as compared to the center. このため、外周部には特に高電圧を印加する必要があり、駆動電圧の増大につながる。 Therefore, the outer peripheral portion is especially necessary to apply a high voltage, leading to an increase in driving voltage. この原因の1つは変形領域の外周部では変形膜が完全に固定されており、この領域で急峻に変形膜を曲げるには大きな力を有することにある。 One of the causes is modified film at the peripheral portion of the deformed region is completely fixed, the bend sharply deformation film in this area is to have a large force.

この問題はイメージエリアから変形領域外周までの距離を大きくすることによって回避できるが、これは可変形状反射鏡自体の大型化につながるので望ましくない。 This problem can be avoided by increasing the distance from the image area to the deformation area periphery, which is undesirable because it leads to upsizing of the deformable reflector itself. そこで、本第2の実施の形態の目的は、駆動電圧を高くすることなく小型で形状精度の高い可変形状反射鏡を得ることにある。 An object of the present second embodiment is to obtain a compact with high shape accuracy deformable reflecting mirror without increasing the driving voltage.

図7は本実施の形態の可変形状反射鏡の上部基板の形状を示している。 Figure 7 shows the shape of the upper substrate of the deformable reflector of this embodiment. 枠部材201に支持された直径7.5mmの円形の変形膜202は、反射膜兼電極膜となる厚さ50nmのアルミ薄膜203と厚さ1μmのポリイミド薄膜204との2層構造となっており、その外周部近傍において、等しい間隔で円形の開口205が形成されている。 The frame member 201 in a circular variant of a supported diameter 7.5mm film 202 has a two-layer structure of the polyimide thin film 204 of the reflective film and the electrode film become thick 50nm aluminum film 203 and the thickness 1μm of at its outer periphery near circular opening 205 is formed at equal intervals.

この上部基板は半導体製造技術に基づいて製作され、また、開口205の形成は、通常のフォトリソグラフィー技術を適用することで簡単に行うことができる。 The upper substrate is manufactured based on the semiconductor manufacturing technology and formation of the opening 205 can be easily performed by applying the conventional photolithography technique. このように外周部に離散的に開口を設けることによって、外周部での変形膜の曲げ剛性が著しく低下し、結果として外周部にそれほど強い静電気力を作用させなくても所定の形状に変形させることが可能となる。 By providing the discretely opening in the outer peripheral portion, the bending stiffness of the deformation film is remarkably lowered in the outer peripheral portion, it is deformed into a predetermined shape even without the action of very strong electrostatic force on the outer periphery as a result it becomes possible.

なお、図7においては図をわかり易くするために比較的大きな開口を記述したが、あまり開口のサイズが大きいと反射面に剛性の不均一に起因したうねりが生じる可能性があるので、可能な限り小さな開口を細かな間隔で配置することが望ましい。 Although describing the relatively large opening for clarity of illustration in FIG. 7, there is a possibility that the waviness due to too uneven stiffness and the reflective surface size of the opening is large occurs, as much as possible it is desirable to place a small opening at fine intervals.

また、本実施の形態にあっては、開口205を完全な貫通孔としているが、これは離散的に曲げ剛性の小さい領域を形成することが肝要であるからで、アルミ薄膜203もしくはポリイミド薄膜204のいずれか一方のみに開口を形成してもよい。 Further, in the present embodiment, although the openings 205 and complete the through-hole, which is because it is important to form a region of small discrete flexural rigidity, the aluminum thin film 203 or polyimide thin film 204 of it may be formed only in the opening either.

また、本実施の形態では円周方向に1列の開口を形成しているが、これを図8に示すように2列とすることも可能である。 Further, in the present embodiment has formed the openings of one row in the circumferential direction, it is possible to two rows as shown in FIG. 8 this. このように複数列配置すれば、それだけ大幅にこの領域での曲げ剛性を低下させることができる。 Thus a plurality of rows arranged, it is possible to reduce the bending stiffness in this region much greatly.

[第3の実施の形態] Third Embodiment
次に、本発明の第3の実施の形態について、図9及び図10を用いて説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図9は本第3の実施の形態における可変形状反射鏡の上部基板の形状を示している。 Figure 9 shows the shape of the upper substrate of the deformable reflector according to the third embodiment. 枠部材301に支持された変形膜302は反射膜兼電極膜となる厚さ50nmのアルミ薄膜303と、厚さ1μmのポリイミド薄膜304の2層構造となっており、その外周部近傍において、不均一な間隔で円形の開口305が形成されている。 Deformation film 302 which is supported by the frame member 301 and the aluminum thin film 303 having a thickness of 50nm as a reflective film and the electrode film has a two-layer structure having a thickness of 1μm polyimide film 304, in its outer peripheral portion near the non circular opening 305 is formed at a uniform interval. 一般的に、図1に示したような構成で適用される可変形状反射鏡は回転非対称の変形形状が求められるので、外周部近傍における中心方向への変位勾配は部位によって異なる。 Generally, the deformable reflector applied in the configuration shown in FIG. 1 since the deformed shape of the rotationally asymmetric is desired, the displacement slope toward the center of the outer peripheral portion near differs depending on the site.

図10は本実施の形態における光学設計に基づく変形形状を立体的に示している。 Figure 10 is three-dimensionally shows the deformed shape based on the optical design of the present embodiment. ここで、可変形状反射鏡の変形領域は図9に示すような直径7.5mmの円形である。 Here, deformation region of the deformable reflector is circular with a diameter of 7.5mm as shown in FIG. このとき、図中のCで示した部位を基点として、外周の円周方向に反時計回りで、中心部に向かう平均変位勾配を示したのが図11である。 In this case, as a base point a portion indicated by C in the figure, in the counterclockwise in the circumferential direction of the outer periphery is 11 to display an average displacement slope toward the center. この図から判るように、図9のC,Eの部位では変位勾配が小さく、D,Fの部位では変位勾配が大きい。 As can be seen from this figure, C in FIG. 9, a small displacement gradients at the site of E, D, is large displacement gradients at the site of F. このため、変形膜302に静電気力を作用させる場合には、C,Eの部位では曲げ剛性を大きくして、D,Fの領域では曲げ剛性が小さくなるようにすることが望ましい。 Therefore, when the action of electrostatic force deformation film 302, C, by increasing the bending stiffness at the site of E, D, it is desirable to flexural rigidity is reduced in the region of F. このとき、外周部の曲げ剛性は開口305の間隔に依存するので、この間隔を小さくすれば曲げ剛性を小さくすることができる。 In this case, the bending rigidity of the outer peripheral portion is so dependent on the spacing of the opening 305, it is possible to reduce the bending stiffness by reducing the interval. 一方、間隔を大きくする、もしくは開口305を形成しないことによって曲げ剛性を大きくすることができる。 On the other hand, it is possible to increase the bending stiffness by not forming a larger distance, or the opening 305.

したがって、外周部の各部位の変位勾配に応じて開口305の間隔を調整することによって、変形膜302に作用させる静電気力を変形膜の部位によって大きく変えることなく、図10に示された変形形状に近づけることができる。 Therefore, by adjusting the spacing of the openings 305 in accordance with the displacement gradients of the respective portions of the outer peripheral portion, without largely changing the electrostatic force to be applied to the modified layer 302 by portions of deformation film, deformed shape shown in FIG. 10 it can be close to.

なお、本実施の形態においては全ての開口305の大きさ及び形状を等しくして間隔を部位によって異なるようにしたが、同一の間隔で開口の大きさもしくは形状を変えることによっても同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the present embodiment has been made different by site apart equal the size and shape of all of the opening 305, the same effect by changing the opening size or shape at the same intervals it is it is needless to say that the obtained. また、前述の図8に示したのと同様に、開口305を2列に配置することによって部位による曲げ剛性の差を大きくすることも可能である。 Further, in the same manner as shown in FIG. 8 described above, it is possible to increase the difference in flexural rigidity by site by placing the apertures 305 in two rows.

[第4の実施の形態] Fourth Embodiment
次に、本発明の第4の実施の形態について図12を用いて説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12.
図12は本実施の形態における可変形状反射鏡の上部基板の形態を示している。 Figure 12 shows the form of the upper substrate of the deformable reflector in this embodiment. 枠部材401に支持された変形膜402は反射膜兼電極膜となる厚さ50nmのアルミ薄膜403と厚さ1μmのポリイミド薄膜404との2層構造となっており、その外周部近傍において、不均一な間隔で円形の開口405が形成され、変形膜402の中心から半径2mmの円周上に不均一な間隔で円形の開口406が形成されている。 Deformation film 402 which is supported by the frame member 401 has a two-layer structure of a polyimide thin film 404 of the reflective film and the electrode film become thick 50nm aluminum film 403 and the thickness 1μm of, at its outer peripheral portion near the non is formed with a circular opening 405 at a uniform interval, a circular opening 406 at irregular intervals on the circumference of a radius 2mm from the center of the deformation film 402 is formed. 変形膜402の変形すべき形状については第3の実施の形態と同じ図10に示された形状とし、変形領域に関しても図10に示された形状である。 The shape to be deformation of the deformable membrane 402 and shape shown in the same FIG. 10 in the third embodiment, a shape shown in FIG. 10 with regard deformed region. また、開口405は、図9における開口305と同じ形状、間隔で配置されているものとする。 The opening 405 is assumed to the same shape, they are arranged at intervals between the opening 305 in FIG.

ここで、図12に示された変形膜402の中心を中心とする半径2mmの円周上で図中のGに示した部位を基点として円周方向に反時計回りで、中心部に向かう平均変位勾配を示したのが図13である。 Here, in the counterclockwise circumferentially sites shown in G of FIG on the circumference of a radius 2mm around the center of the deformation film 402 shown in FIG. 12 as a reference point, toward the center portion average shown displacement gradient is 13. この図から判るように、図12のG,Iの部位では変位勾配が大きく、H,Jの部位では変位勾配が小さい。 FIG As can be seen from, G in FIG. 12, large displacement gradients at the site of I, H, is small displacement gradients at the site of J. このため、変形膜402に静電気力を作用させる場合には、G,Iの部位では剛性を小さくして、H,Jの領域では剛性が大きくなるようにすることが望ましい。 Therefore, when the action of electrostatic force deformation film 402, G, to reduce the rigidity at the site of I, H, it is desirable to rigidity increases in the area of ​​J. このとき、図12の円周GHIJ近傍における剛性は開口406の間隔に依存するので、この間隔を小さくすれば剛性を小さくすることができる。 In this case, the rigidity in the circumferential GHIJ vicinity of 12 because it depends on the spacing of the opening 406, it is possible to reduce the rigidity by reducing the interval. 一方、間隔を大きくする、もしくは開口406を形成しないことによって剛性を相対的に大きくすることができる。 On the other hand, it can be relatively large rigidity by not forming a larger distance, or opening 406.

したがって、外周部の各部位の変位勾配に応じて開口406の間隔を調整することによって、変形膜402に作用させる静電気力を部位によって大きく変えることなく、図10に示された変形形状に近づけることができる。 Therefore, by adjusting the spacing of the openings 406 in accordance with the displacement gradients of the respective portions of the outer peripheral portion, without largely changing the site electrostatic force to act on the deformable membrane 402, the closer to the deformed shape shown in FIG. 10 can.

なお、本実施の形態においては全ての開口406の大きさ及び形状を等しくして間隔を部位によって異なるようにしたが、同一の間隔で開口の大きさもしくは形状を変えることによっても同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the present embodiment has been made different by site apart equal the size and shape of all of the opening 406, the same effect by changing the opening size or shape at the same intervals it is it is needless to say that the obtained.

また、図8に示したのと同様に、開口406を2列に配置することによって部位による曲げ剛性の差を大きくすることも可能である。 Further, in the same manner as shown in FIG. 8, it is also possible to increase the difference in flexural rigidity by site by placing the apertures 406 in two rows. 更に、本実施の形態にあっては説明を簡単にするために、変形膜402に形成する開口406を円周GHIJ上に限って配置したが、開口406は変位勾配に応じた密度で変形膜402全面に配置しても良いことは言うまでもない。 Furthermore, in order in the present embodiment to simplify the description, the opening 406 for forming the deformed film 402 is arranged only on the circumference GHIJ, deformation film opening 406 at a density corresponding to the displacement gradient it goes without saying that 402 may be disposed on the entire surface.

更に、均一な密度で円周GHIJ上もしくは変形膜402の全面に開口406を形成しても、変形膜402の剛性を、低下させる効果があり、駆動電圧の低減に寄与できる。 Further, even when forming an opening 406 on the entire surface of the circumferential GHIJ on or deformation film 402 with a uniform density, the rigidity of the deformable membrane 402 has the effect of lowering, it can contribute to a reduction in driving voltage. また、第2の実施の形態及び第3の実施の形態の場合と異なり、イメージエリア内に開口406を形成する本実施の形態の手法では、光学系の結像性能がある程度低下するのは避けられず、開口406の数は許容される結像性能の低下に応じて決められることになる。 Further, unlike the second embodiment and the third embodiment, in the present embodiment to form an opening 406 in the image area method, should avoid the imaging performance of the optical system is reduced to some extent is not, the number of openings 406 will be determined in accordance with the decrease in imaging performance is acceptable. 開口406の大きさについては端部での回折及び光量損失の両面から可能な限り小さくすることが望ましく、光の波長以下の直径とすることが特に望ましい。 It is desirable to reduce as far as possible from both sides of the diffraction and light loss at the end for the size of the opening 406, it is particularly desirable that the wavelength or less of the diameter of the light.

また、本実施の形態にあっては、外周部近傍と半径2mmの円周上の、2つの円周上に開口405もしくは406を設けたが、より多くの円周上の変位勾配に応じた密度の開口を配置したり、変形膜の全面にわたって変形すべき形状の変位勾配に応じた密度の開口を設けても良い。 Further, in the present embodiment, on the circumference of the outer peripheral portion near the radius 2 mm, it is provided with the opening 405 or 406 on the two circumferential, corresponding to the displacement gradients on more circumferential or place the opening of the density, the density opening may be provided for in accordance with the displacement gradient shape to be deformed over the entire surface of the deformable membrane. さらに、本実施の形態では変形膜402を円形としたが、楕円形などの他の形状であっても同様に適用可能であることは言うまでもない。 Furthermore, the deformation film 402 in this embodiment was a circular, of course be other shapes such as elliptical can be applied as well.

また、第2の実施の形態から本第4の実施の形態にあっては、前述の第1の実施の形態に示した静電駆動式可変形状反射鏡の構成を前提に説明したが、変形膜にコイルを形成して、それに直交する磁界を発生させる磁石を配置した電磁式可変形状反射鏡に適用することも可能である。 Further, in the present fourth embodiment from the second embodiment has been described on the premise construction of electrostatically actuated deformable reflecting mirror shown in the first embodiment described above, deformation film to form a coil, can be applied to the electromagnetic deformable reflector disposed a magnet for generating a magnetic field orthogonal thereto. 電磁式可変形状反射鏡、特に小型の電磁式の場合には、例えば特許文献2に記載されているように、その構造上、変形膜の各部位で異なる力を作用させることが難しい。 Electromagnetic deformable reflector, in particular in the case of small electromagnetic, for example, as described in Patent Document 2, its structure, it is difficult to exert a different force in each part of the deformable membrane. このため、第2の実施の形態から本第4の実施の形態に示したように、変形膜に剛性分布を持たせる手法は形状の制御性を考えると特に有効である。 Therefore, as shown from the second embodiment to the fourth embodiment, a method to have a rigidity distribution on the deformation film is particularly effective given the control of the shape.

次に本実施の形態における可変形状反射鏡の上部基板の製造方法について、図14(A)〜図14(D)を用いて説明する。 Next a method of manufacturing the upper substrate of the deformable reflector in this embodiment will be described with reference to FIG. 14 (A) ~ FIG 14 (D). まず、図14(A)に示すようにシリコン基板451の両面にシリコン窒化膜452を形成し、裏面側のシリコン窒化膜に通常のフォトリソグラフィー技術により開口部453を形成する。 First, a silicon nitride film 452 on both surfaces of the silicon substrate 451 as shown in FIG. 14 (A), to form an opening 453 in the silicon nitride film on the back surface side by the conventional photolithography technique.

次に、図14(B)に示すように表面側にスピンコートによって厚さ1μmのポリイミド薄膜404を形成し、フォトリソグラフィー技術によってポリイミド薄膜404の所定部位に開口405及び開口406を形成する。 Next, a polyimide film 404 having a thickness of 1μm by spin coating on the surface side as shown in FIG. 14 (B), to form an opening 405 and the opening 406 at a predetermined position of the polyimide film 404 by photolithography.

次に、図14(C)に示すように表面側を保護した状態で裏面側からシリコン窒化膜の開口部453からアルカリ系水溶液で表面側のシリコン窒化膜452が露出するまでシリコン基板をエッチングする。 Next, the surface side of the silicon nitride film 452 in alkaline aqueous solution while protecting the surface side from the opening 453 of the silicon nitride film from the back side as shown in FIG. 14 (C) is to etch the silicon substrate to expose . この際、シリコン基板451の残存部位が上部基板の枠部材401となる。 At this time, the remaining portion of the silicon substrate 451 is a frame member 401 of the upper substrate.

次に図14(D)に示すように反応性イオンエッチングによって裏面側から露出した表面側のシリコン窒化膜452をエッチングする。 Then etching the surface of the silicon nitride film 452 exposed from the back side by the reactive ion etching as shown in FIG. 14 (D). 次に表面側に厚さ50nmのアルミ薄膜403をスパッタもしくは蒸着で形成する。 Then an aluminum film 403 having a thickness of 50nm on the surface side is formed by sputtering or vapor deposition. この時、開口405及び開口406の大きさをアルミ薄膜403の厚さよりも十分に大きくすることによって、開口405及び開口406は貫通孔となる。 At this time, the size of the opening 405 and the opening 406 by sufficiently larger than the thickness of the aluminum thin film 403, the opening 405 and the opening 406 is a through hole. ここで、アルミ薄膜403は反射面兼静電気力を作用させるための電極として機能する。 Here, an aluminum film 403 functions as an electrode for applying a reflective surface and the electrostatic force.

このようにして貫通孔をフォトリソグラフィーで形成することによって、微細かつ多数の貫通孔を高精度に形成することが容易に可能となる。 By forming the through holes by photolithography Thus, a fine and easily capable of forming a number of through-holes with high accuracy.

次に、本実施の形態における可変形状反射鏡の上部基板の他の製造方法について図15(A)〜図15(D)を用いて説明する。 It will now be described with reference to the other method of manufacturing the upper substrate of the deformable reflector in this embodiment FIG. 15 (A) ~ FIG 15 (D). まず、図14(A)に示したようにシリコン基板451の両面にシリコン窒化膜452を形成し、裏面側のシリコン窒化膜に通常のフォトリソグラフィー技術で開口部453を形成した後、図15(A)に示すように表面側にスピンコートによって厚さ1μmのポリイミド薄膜404と厚さ50nmのアルミ薄膜403を順次形成する。 First, a silicon nitride film 452 on both surfaces of the silicon substrate 451 as shown in FIG. 14 (A), after forming the openings 453 in the silicon nitride film on the back surface in a conventional photolithographic technique, FIG. 15 ( sequentially forming a polyimide thin film 404 and having a thickness of 50nm aluminum film 403 having a thickness of 1μm by spin coating on the surface side as shown in a).

次に、図15(B)に示すように、通常のフォトリソグラフィー技術によってアルミ薄膜403に開口454及び開口455を形成する。 Next, as shown in FIG. 15 (B), to form an opening 454 and the opening 455 in the aluminum thin film 403 by conventional photolithographic techniques. これらは、図14(B)における開口405及び開口406の部位にそれぞれ対応する。 These correspond respectively to the sites of the opening 405 and the opening 406 in FIG. 14 (B).
次に、図15(C)に示すように、表面側を保護した状態で裏面側からシリコン窒化膜の開口部453からアルカリ系水溶液で表面側のシリコン窒化膜452が露出するまでシリコン基板をエッチングする。 Next, as shown in FIG. 15 (C), a silicon substrate etched through the opening 453 of the silicon nitride film from the back side while protecting the surface side to the silicon nitride film 452 on the surface side in alkaline aqueous solution is exposed to.
次に、図15(D)に示すように反応性イオンエッチングによって裏面側から露出した表面側のシリコン窒化膜452をエッチングする。 Next, to etch the surface of the silicon nitride film 452 exposed from the back side by the reactive ion etching as shown in FIG. 15 (D).

このような製造方法に基づく上部基板にあっては開口454及び開口455は貫通孔ではないが、該当領域にあっては変形膜の剛性が低下するため、貫通孔を形成した場合と比較して程度の差はあるものの同様の効果が期待できる。 Such In the upper substrate opening 454 and the opening 455 by the production method is not a through hole, in the corresponding area for the rigidity of the deformable film is reduced, as compared with the case of forming a through hole varying degrees the same effect can be expected although.

[第5の実施の形態] Fifth Embodiment
本発明の第5の実施の形態について図16を用いて説明する。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 16. 図16は本実施の形態における下部基板の電極構造を示している。 Figure 16 shows an electrode structure of the lower substrate in the present embodiment. シリコン基板501に絶縁膜502を介して下部電極503が形成され、この中心部近傍には多数の開口504が形成されている。 Lower electrode 503 is formed on the silicon substrate 501 through the insulating film 502, a number of openings 504 is formed in the center vicinity. また、下部電極503の外側にはスペーサ505が形成されており、これは図5におけるスペーサ108に対応し、これに張り合わされる上部基板は図301に示されたもので、変形領域の外周に不均一間隔で開口が設けられているものとする。 Further, the outer side of the lower electrode 503 and the spacer 505 is formed which corresponds to the spacer 108 in FIG. 5, an upper substrate which are bonded together in this has been shown in FIG. 301, the outer periphery of the deformation region shall aperture is provided in the non-uniform intervals. また、本実施の形態の可変形状反射鏡の動作に当たっては、変形膜とシリコン基板501とを接地して、下部電極503に電圧を印加するものとする。 Further, when the operation of the deformable reflector of this embodiment, by grounding the deformation film and the silicon substrate 501, it is assumed that a voltage is applied to the lower electrode 503. なお、シリコン基板501の代わりにガラス基板を用いてもよい。 Incidentally, a glass substrate may be used instead of the silicon substrate 501. この場合は、絶縁膜502が不要である。 In this case, the insulating film 502 is not required.

前述の第3の実施の形態おいて説明した上部基板では、外周部における円周方向の変位勾配に応じて曲げ剛性を変えることによって光学的な設計形状に近づけたが、一般的には変形領域に均一な電位差を与えて静電気力を作用させると理想形状との誤差が生じるので、変形膜に開口を設けない場合と比較すると少数で良いものの、第1の実施の形態に示したように下部電極をいくつかの領域に分割する必要はある。 In the third upper substrate described in advance embodiment of the foregoing, but closer to the optical design shapes by varying the bending stiffness in accordance with the displacement gradient in the circumferential direction in the outer peripheral portion, generally deformation region because the exerting an electrostatic force by applying a uniform potential difference error between the ideal shape occurs, although good for small when compared with the case where the deformation film is not provided with an opening, the lower as shown in the first embodiment there is necessary to divide the electrodes into several areas.

しかしながら本実施の形態にあっては下部電極の一部に開口を設けることによって、変形膜に作用する静電気力に分布を持たせて変形形状を制御する。 However In the present embodiment by providing an opening in part of the lower electrode, to have a distribution of electrostatic forces acting on the deformation film to control the deformation shape. 第4の実施の形態の手法と比較すると、外周部を除く変形膜自体の剛性を小さくする効果はないので駆動電圧は高くなるが、変形膜の開口での回折に起因した結像性能の劣化はなく、単一もしくは非常に少数の駆動電圧で所定の形状に変形させることが可能で、制御回路を単純化して低コスト化と小型化に寄与できる。 Compared to the approach of the fourth embodiment, the driving voltage becomes higher because there is no effect of reducing the rigidity of the deformable film itself except the outer peripheral portion, the deterioration of the imaging performance due to diffraction at the aperture of the deformable membrane rather, it can be deformed into a predetermined shape in a single or very few driving voltage, thereby contributing to simplify the control circuit for reducing the cost and size reduction.

なお、本実施の形態にあっては説明を簡略化するために中心近傍に一様な密度の比較的大きな開口を図示したが、変形膜が所定の形状に変形するように、大きな静電気力を作用させる必要がある領域では、開口の密度を小さく、小さな開口の配置が静電気力を作用させる必要がある領域では、開口の密度を大きくし、開口自体のサイズは可能な限り小さくすることが望ましい。 Incidentally, as in the present embodiment has been illustrated a relatively large opening in the uniform density near the center in order to simplify the explanation, deformation film is deformed into a predetermined shape, a large electrostatic force in areas where it is necessary to act, reducing the density of the openings, in the area where arrangement of small apertures it is necessary to act an electrostatic force, to increase the density of the openings, it is desirable that the size of the opening itself as small as possible .

また、本実施の形態にあっては変形膜に作用する静電気力に所定の分布を持たせる手法として、下部電極に領域によって密度の異なる開口を配置したが、変形膜に対向して変形膜と異なる電位が与えられる下部電極の存在する領域の割合が部位によって異なるように形成されていればよい。 Further, as a method In the present embodiment to have a predetermined distribution to the electrostatic force acting on the deformable membrane has been placed a different aperture densities by the area to the lower electrode, and the deformation film opposite to the deformed membrane the ratio of the area in the presence of the lower electrode is given different potentials may be formed differently depending on the site.

以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。 While the invention has been described based on the embodiments above, the present invention is not intended to be limited to the embodiments described above, it can be various modifications and applications within the scope of the present invention is of course is there.

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。 Further, the embodiments described above include inventions of various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. 例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。 For example, also be removed several of the constituent elements, object of the invention is described in the section of the problems to be solved can be solved, are described in the paragraphs of the effect of the invention effects shown in the embodiment If the obtained, the configuration requirements can be extracted as well iNVENTION configuration that has been deleted.

ここで、本願第1の発明の効果では、外周部において形状の誤差が大きくなりやすいが、電極を単純に矩形あるいはハニカム状に分割するよりも、少ない分割数で理想的な変形形状を達成することができる。 Here, the effect of the first aspect of the invention, the error of the shape tends to be large at the outer periphery, rather than divide the electrode simply a rectangular or honeycomb shape, and achieves an ideal deformation shape with a small number of divisions be able to.

また、本願第2及び第3の発明では、外周部に大きな静電気力を作用させることなく、所定の形状に変形させることができる。 Further, the present application in the second and third inventions, without exerting great electrostatic force to the outer peripheral portion can be deformed into a predetermined shape.

また、本願第4〜第7の発明では、電極に作用させる静電気力の大きさを部位によって大きく変化させることなく、理想的な形状に変形させることができる。 Further, the present application in the fourth to the seventh invention, without significantly changing the magnitude of the electrostatic force to be applied to the electrodes by site, can be deformed into an ideal shape.

また、本願第8及び第9の発明では、可変形状反射鏡の変形量を細かく制御して、より理想的な光学的設計形状とすることができる。 Further, the present the invention of the eighth and ninth, and control over the amount of deformation of the deformable reflector can be a more ideal optical design shape.

また、本願第10の発明の効果では、可撓性薄膜にフォトリソグラフィーで開口を形成し、開口を形成した後に電極を形成するので、微細で高精度の貫通孔を容易に形成することができる。 Further, the present application in the effects of the tenth aspect, the flexible thin film to form an opening by photolithography, since an electrode is formed after forming the opening, it is possible to easily form a highly accurate through holes with a fine .

本発明の第1の実施の形態に係る可変形状反射鏡を適用した光学系の構成を模式的に示した図である。 The configuration of the first optical system to which the deformable mirror according to the embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 第1の実施の形態における反射面の変形形状の立体図である。 It is a perspective view of a deformed shape of the reflecting surface in the first embodiment. 反射面の変位を表したコンター図である。 Is a contour diagram showing the displacement of the reflecting surface. 可変形状反射鏡の変形面に対して一様な静電気力を作用させた場合の変形形状と理想形状との誤差の分布図である。 It is a distribution diagram of the error between the deformed shape and the ideal shape when allowed to act uniform electrostatic force to deformation surface of the deformable mirror. 本発明の第1の実施の形態に係る可変形状反射鏡の構成図である。 It is a configuration diagram of a deformable mirror according to a first embodiment of the present invention. 固定電極の形状と、この中心近傍に作用させる静電気力を1とした場合の他の領域に作用させる静電気力を示す図である。 The shape of the stationary electrode is a diagram illustrating an electrostatic force to be applied to other areas of the case of the 1 an electrostatic force to act on the vicinity of the center. 本発明の第2の実施の形態に係る可変形状反射鏡の上部基板の形状を示す図である。 Is a diagram showing the shape of the upper substrate of the deformable mirror according to a second embodiment of the present invention. 第2の実施の形態の変形例に対する説明図である。 It is an explanatory view for a modification of the second embodiment. 本発明の第3の実施の形態に係る可変形状反射鏡の上部基板の形状を示す図である。 It is a third diagram showing the shape of the upper substrate of the deformable mirror according to the embodiment of the present invention. 第3の実施の形態における反射面の変形形状の立体図である。 It is a perspective view of a deformed shape of the reflecting surface in the third embodiment. 第3の実施の形態における中心部に向かう平均変位勾配を示す分布図である。 Is a distribution diagram showing the average displacement slope toward the center portion in the third embodiment. 本発明の第4の実施の形態に係る可変形状反射鏡の上部基板の形状を示す図である。 It is a fourth diagram showing the shape of the upper substrate of the deformable mirror according to the embodiment of the present invention. 第4の実施の形態における中心部に向かう平均変位勾配を示す分布図である。 Is a distribution diagram showing the average displacement slope toward the center portion in the fourth embodiment. 可変形状反射鏡の製造方法の説明図である。 It is an explanatory view of a manufacturing method for a variable shape mirror. 可変形状反射鏡の他の製造方法の説明図である。 It is an illustration of another method for manufacturing the deformable mirror. 本発明の第5の実施の形態に係る可変形状反射鏡の下部電極の電極構造図である。 An electrode structure view of a lower electrode of the variable shape mirror according to the fifth embodiment of the present invention. 従来例の可変形状鏡の構造図である。 It is a structural view of a deformable mirror in the conventional example. 従来例の可変形状鏡の製造方法の説明図である。 It is an explanatory view of a manufacturing method of the conventional deformable mirror. 均一な電位差を与えた場合における可変形状鏡の変形量の異なりに関する説明図である。 It is an explanatory diagram relating to different amounts of deformation of the deformable mirror in the case of giving a uniform potential.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

101…前群レンズ、102…固体撮像素子、103…後群レンズ、104…可変形状反射鏡、105,202,302,402…変形膜、106…上部基板、107…下部基板、108,505…スペーサ、109,201,301,401…枠部材、110…固定電極、203,303,403…アルミ薄膜、204,304,404…ポリイミド薄膜、205,305,405,406,454,455,504…開口、451,501…シリコン基板、452…シリコン窒化膜、453…開口部、502…絶縁膜、503…下部電極 101 ... front lens, 102 ... solid-state imaging device, 103 ... rear lens group, 104 ... deformable reflector, 105,202,302,402 ... deformation film, 106 ... upper substrate, 107 ... lower substrate, 108,505 ... spacer, 109,201,301,401 ... frame member, 110 ... fixed electrodes, 203,303,403 ... aluminum thin film, 204,304,404 ... polyimide film, 205,305,405,406,454,455,504 ... opening, 451,501 ... silicon substrate, 452 ... silicon nitride film, 453 ... opening, 502 ... insulating film, 503 ... lower electrode

Claims (10)

  1. 反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、 A reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the deformable reflective mirror to change the shape of the reflecting surface by applying an electrostatic force to the plurality of conductive electrodes of a flexible thin film whose periphery is supported by the frame member in,
    前記複数の導電性電極は、前記可撓性薄膜の中央部を中心とする円周方向に分割されているとともに、半径方向にも分割されており、 Wherein the plurality of conductive electrodes, together are divided in a circumferential direction about the central portion of the flexible membrane is divided in the radial direction,
    前記可撓性薄膜は、その外周部における円周方向の分割数が中央部における円周方向の分割数よりも多いことを特徴とする可変形状反射鏡。 The flexible thin film is deformable reflecting mirror, wherein the number of divisions of the circumferential direction greater than the number of divisions in the circumferential direction at the central portion in its outer peripheral portion.
  2. 反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、 A reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the deformable reflective mirror to change the shape of the reflecting surface by applying an electrostatic force to the plurality of conductive electrodes of a flexible thin film whose periphery is supported by the frame member in,
    前記可撓性薄膜の外周部近傍に、可撓性薄膜の他の領域よりも剛性の低い部位を設けたことを特徴とする可変形状反射鏡。 Deformable reflector, characterized in that the in the vicinity of the outer periphery of the flexible membrane, provided rigidity lower portion than other regions of the flexible thin film.
  3. 前記剛性の低い部位は、前記可撓性薄膜、前記反射面、又は前記導電性電極の少なくとも一つに離散的に設けられた開口であることを特徴とする請求項2に記載の可変形状反射鏡。 Lower portion of said rigid, the flexible thin film, the deformable reflective of claim 2, wherein the reflective surface, or at least one discretely provided openings of said conductive electrode mirror.
  4. 前記可撓性薄膜は、変形時における外周部近傍での、平坦時の前記反射面に対する鉛直方向の変位勾配が部位によって異なっており、 The flexible thin film, in the outer peripheral portion near during deformation are different displacement gradient in the vertical direction with respect to the reflecting surface at the time of flat by site,
    変位勾配が大きい部位における前記剛性の低い部位の占める割合が、変位勾配が小さい部位における前記剛性の低い部位の占める割合よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の可変形状反射鏡。 Deformable reflector as claimed in claim 2, the proportion of low site of said rigid, and greater than the ratio of the low portion of said rigid at the site displacement gradient is small at the site displacement gradient is large.
  5. 前記可撓性薄膜は、変形時における外周部近傍での、平坦時の前記反射面に対する鉛直方向の変位勾配が部位によって異なっており、 The flexible thin film, in the outer peripheral portion near during deformation are different displacement gradient in the vertical direction with respect to the reflecting surface at the time of flat by site,
    変位勾配が大きい部位における前記開口の占める割合が、変位勾配が小さい部位における前記開口の占める割合よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の可変形状反射鏡。 Deformable reflector as claimed in claim 3 in which the ratio of the opening at the site displacement gradient is large, being larger than the ratio of the opening at the site displacement gradient is small.
  6. 反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、 A reflective surface and a plurality of conductive electrodes, the deformable reflective mirror to change the shape of the reflecting surface by applying an electrostatic force to the plurality of conductive electrodes of a flexible thin film whose periphery is supported by the frame member in,
    前記可撓性薄膜の円周方向に沿って剛性の低い部位が設けられており、この剛性の低い部位の剛性の分布は円周方向で異なっていることを特徴とする可変形状反射鏡。 The flexible thin film along the circumferential direction of and lower portions are provided rigid, deformable reflector, characterized in that the distribution of the rigidity of the lower portion of this rigid different in the circumferential direction.
  7. 反射面と複数の導電性電極とを備え、枠部材に周囲を支持された可撓性薄膜の前記複数の導電性電極に静電気力または電磁気力を作用させて前記反射面の形状を変化させる可変形状反射鏡において、 A reflective surface and a plurality of conductive electrodes, a variable to change the shape of the reflecting surface to said plurality of electrically conductive electrodes of a flexible thin film whose periphery is supported by the frame member by the action of electrostatic force or electromagnetic force in shape the reflector,
    前記可撓性薄膜の円周方向に沿って開口が設けられており、この開口の占める割合は円周方向で異なっていることを特徴とする可変形状反射鏡。 Deformable reflector the flexible opening along a circumferential direction is provided in the thin film, the ratio of the opening, characterized in that differ in circumferential direction.
  8. 固定された下部電極と、枠部材に周囲を支持されており、反射面と複数の導電性電極とを有する可撓性薄膜と、を有する可変形状反射鏡であって、 A fixed lower electrode, is supported around the frame member, a deformable reflector having a flexible thin film having a reflective surface and a plurality of conductive electrodes,
    前記下部電極の一部に、部位によって異なる間隔で離散的に配置された開口が設けられており、 Wherein a portion of the lower electrode is provided discretely arranged openings at different intervals depending on the site,
    前記可撓性薄膜の外周部に他の領域よりも剛性の低い部分を設けられていることを特徴とする可変形状反射鏡。 Deformable reflector, characterized in that it is provided a low rigidity portion than other regions on the outer peripheral portion of the flexible thin film.
  9. 前記剛性の低い部位は、前記可撓性薄膜、前記反射面、又は前記導電性電極の少なくとも一つに離散的に設けられた開口であることを特徴とする請求項8に記載の可変形状反射鏡。 Lower portion of said rigid, the flexible thin film, the deformable reflective of claim 8, wherein the reflective surface, or at least one discretely provided openings of said conductive electrode mirror.
  10. 半導体基板の第1及び第2の主面に保護膜を形成する工程と、 Forming a protective film on the first and second main surface of the semiconductor substrate,
    前記第1の主面に可撓性薄膜を形成する工程と、 Forming a flexible thin film on the first main surface,
    フォトリソグラフィーにより、前記可撓性薄膜に開口を離散的に形成する工程と、 By photolithography, a step of discretely forming an opening in the flexible film,
    前記可撓性薄膜上に電極を形成する工程と、 Forming an electrode on the flexible thin film,
    前記半導体基板の第2の主面からフォトリソグラフィーによる開口を形成し、残った半導体基板により外枠を形成する工程と、 Forming an outer frame by said forming an opening by photolithography from the second major surface of the semiconductor substrate, the remaining semiconductor substrate,
    を有することを特徴とする可変形状反射鏡の製造方法。 Method for producing a deformable reflector and having a.
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