JP2004252314A - 形状可変ミラー - Google Patents
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Abstract
【課題】反射面に複雑な断面形状を比較的容易に実現し得る形状可変ミラーを提供する。
【解決手段】反射面１２ａが形成される可撓性の薄膜１１と電極１３との間に印加される電圧を制御することにより、反射面１２ａの断面形状を可変とする形状可変ミラー１０、１１０。反射面１２ａの断面形状は、電極１３および薄膜１１間が等電位にある状態で、曲面を呈する。
【選択図】 図２
【解決手段】反射面１２ａが形成される可撓性の薄膜１１と電極１３との間に印加される電圧を制御することにより、反射面１２ａの断面形状を可変とする形状可変ミラー１０、１１０。反射面１２ａの断面形状は、電極１３および薄膜１１間が等電位にある状態で、曲面を呈する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射面が形成された薄膜に静電吸引力を作用させて反射面の断面形状を可変とし得る形状可変ミラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の形状可変ミラーに、表面に反射面が形成された可撓性の薄膜を平坦に保持し、この薄膜の裏面側から電極を介して薄膜に静電吸引力を作用させることにより、平坦な反射面を電極と反対方向に向けて凹状に変形させるものがある（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
このような形状変形ミラーでは、反射面が設けられた薄膜と電極との間に電圧が印加されていない状態では、薄膜と電極との間に電位差が与えられておらず、従って、薄膜と電極との間に静電吸引力は作用しないことから、反射面が設けられた薄膜は略平坦となるように保持されている。そのため、形状変形ミラーは、薄膜に対する電圧が電極に印加されていない状態では、略平面鏡として作用する。
【０００４】
電極に電圧が印加されると、電極を介して薄膜に電圧の値に応じた静電吸引力が作用することから、電極に対応した部分が該電極に向けて部分的に撓む。従って、電極に印加される電圧を制御することにより、反射面の断面形状を所望の凹状に変えることができる。この種の形状変形ミラーの適用例としては、典型的には、生体眼の網膜からの反射光に含まれる波面収差を補正するために、生体眼からの反射光路中に挿入することが挙げられる（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
いずれにしても、従来の前記した形状可変ミラーでは、平坦に保持されている薄膜に電極を介して静電吸引力を作用させることにより、この平面鏡として作用する反射面を部分的に凹状に撓ませることができるので、比較的容易に反射面に所望の凹状曲面を与えることができる。
【０００６】
また、電極への電圧の印加により、平坦な反射面に凹状の撓みが与えられるので、電極を構成する電極部材の数、配置および各電極部材への電圧制御を考慮することにより、反射面に形成される凹状の撓みの程度および凹状部の配置を組み合わせることができ、これにより、平坦な反射面に種々の断面形状を与えることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−４９４６０号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
米国特許第５，７７４，２５２号明細書（第２−４欄、図１−３）
【特許文献３】
特表２００１−５０７２５８号公報（第１２−１５頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平坦面に形成される凹状曲面の組み合わせによって所望の複雑な断面形状を形成することは容易ではない。また、複雑な断面形状の実現のためには、電極部材の数の増大および各電極部材への電圧の高精度の制御が不可欠となり、構成の複雑化を招く。そのため、反射面に非球面形状を含めた所望の複雑な断面形状を比較的容易に与えることのできる形状可変ミラーが望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、反射面に従来よりも複雑な断面形状を従来に比較して容易に実現し得る形状可変ミラーを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載の発明は、一方の面に反射面が形成される可撓性の薄膜と、該薄膜の他方の面に間隔をおいて対向して配置された電極とを備え、前記薄膜と前記電極との間に印加される電圧を制御することにより、前記反射面の断面形状を可変とする形状可変ミラーであって、前記反射面の断面形状が、前記電極および前記薄膜間が等電位にある状態で、前記電極の側と反対側の方向へ凸状の曲面であることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、反射面が形成される薄膜は、電極に電圧が印加された状態では、従来における例と同様に電極を介して静電吸引力を受けることから、この静電吸引力により電極へ向けての撓み変形を受ける。この反射面が形成される薄膜は、該薄膜に対する電圧が電極に与えられていない状態、すなわち薄膜と電極とが等電位におかれた状態では、平坦に保持されていない。そのため、薄膜に形成された反射面の断面は、従来のような平面を呈することなく曲面を呈する。
【００１２】
静電吸引力による薄膜の撓み変形によって、例えば反射面の曲面内に部分的に凹状部を形成することができることから、反射面の断面形状は、曲面と該曲面内に形成される凹状部との組み合わせにより規定される。従って、電極の電圧を制御することにより、凹状部を該凹状部を除く他の曲面部分と組み合わせることができ、この凹状部と、該凹状部を除く他の曲面部分との組み合わせにより、従来のような平坦部と凹状部との組み合わせに比較して、反射面に凸状部等を含む複雑な所望の断面形状を容易に付与することができる。
【００１３】
また、曲面と凹状部との組み合わせにより、凸状部を含む複雑な所望の断面形状を反射面に与えることができるので、例えば眼底カメラを用いて被検眼の眼底像を得る光学装置に本発明に係る形状可変ミラーを組み込むことにより、被検眼の眼底で反射して、被検眼の水晶体、角膜等を経て射出される光束からその水晶体あるいは角膜等で生じる収差を除去するために、反射面の断面形状を被検眼の水晶体あるいは角膜等のゆがみに応じて微妙に調整することができる。これにより、構成の複雑化を招くことなく、被検眼からの反射光束の収差を除去することができ、反射光束の波面の乱れを適正に修正して高解像度の眼底像を得ることができる。
【００１４】
また、請求項１に記載の発明は、電圧が電極に印加されていない状態で、反射面の断面形状を凸状曲面としたことを特徴とする。
【００１５】
反射面の断面形状は、電極に電圧が印加されていない状態で、凸状曲面に保持されることから、電極に電圧を印加することにより、この凸状曲面と、該凸状曲面内に形成される凹状部との組み合わせにより、反射面の断面形状を規定することができる。従って、反射面の断面形状を凹凸を含む所望形状に設定することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の形状可変ミラーにおいて、電極を複数の電極部材で構成し、各電極部材の電圧値を個々に制御可能としたことを特徴とする。電圧値が個々に制御可能の複数の電極部材を電極として用いることにより、一層複雑な断面形状を反射面に設定することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜はシリコンを主材料として形成されていることを特徴とする。
【００１８】
薄膜をシリコン単結晶基板のようなシリコン材料で形成することにより、フォト・リソグラフィおよびエッチングのような半導体製造技術を利用して、適正な厚さ寸法を有する微小な薄膜を比較的容易に形成することができる。この薄膜の一方の面には、反射光の波長に応じて選択される例えばアルミニゥム、金あるいは銀のような鏡面材料が蒸着あるいはスパッタリング等により適宜堆積され、これにより反射面を形成することができる。反射面の表面は、必要に応じて、例えば酸化アルミニゥムのような保護膜で覆うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜は、該薄膜の前記両面にほぼ等しい圧力が作用する状態で反射面が凸面形状を呈するように、全体にわん曲して形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、薄膜がわん曲して形成されていることから、この薄膜の両面への圧力差を及ぼすための格別な圧力付与手段を用いることなく、反射面の断面に凸状形状を与えることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜に撓み変形を与えるための歪み導入層が形成されていることを特徴とする。
この歪み導入層は、薄膜の反射面の側あるいはその反対側の面の少なくともいずれか一方の面に形成することができる。
【００２２】
薄膜の反射面が形成される一方の面の側に歪み導入層が形成される場合、この歪み導入層は、薄膜との接合面の側で圧縮歪みが生じるように、該薄膜上に形成される。この圧縮歪み導入層は、薄膜との接合面と反対側の面を凸状とするように撓み変形を生じる。圧縮歪み導入層に接合する薄膜は、この歪み導入層に沿って撓み変形を生じる。その結果、薄膜は、その一方の面に形成された反射面の断面形状が凸形状となるように、すなわち、反射面の側が全体的に外方に張り出すように、わん曲し、あるいは弧状となるように、撓み変形を生じる。
【００２３】
反射面が形成される面と反対側、すなわち薄膜の電極に対向する他方の面側に歪み導入層が形成される場合、歪み導入層は、薄膜との接合面の側で引張り歪みが生じるように、該薄膜上に形成される。この引張り歪み導入層は、薄膜との接合面と反対側の面を凹状とするように撓み変形を生じる。引張り歪み導入層に接合する薄膜は、この歪み導入層に沿って撓み変形を生じる。その結果、薄膜は、この薄膜の一方の面に圧縮歪み導入層が形成される場合におけると同様に、その一方の面に形成された反射面の断面形状が凸形状となるように、わん曲しあるいは弧状となるように、撓み変形を生じる。
【００２４】
圧縮歪み導入層および引張り歪み導入層は、必要に応じて、薄膜の両面側にそれぞれ形成することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の形状可変ミラーにおいて、歪み導入層をシリコン窒化膜で形成することを特徴とする。シリコン窒化膜は、シリコンを主材料とする薄膜上に、例えば蒸着法、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法等を用いて、薄膜と緊密に接合された状態で成長させることができる。
また、歪み導入層をシリコン窒化膜で形成することにより、例えば成長条件を選択することにより、引張り歪み導入層および圧縮歪み導入層を作り分けることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜の反射面は大気に晒され、該薄膜の他方の面は前記電極を配置するための空気室に面し、該空気室には通気口を経て大気が導入されることを特徴とする。空気室には通気口を経て大気が導入されることから、薄膜の両面は等圧力に保持されるので、薄膜は圧力差による影響を受けることはない。従って、薄膜の一方の面に形成された反射面に、電極に印加する電圧に応じて、その断面でみて適正な曲線形状を付与することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の形状可変ミラーにおいて、反射面に凸面形状を付与すべく薄膜に所定の圧力を作用させるための圧力付与手段が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
圧力付与手段は、例えば、反射面に作用する大気圧力よりも大きな値の圧力を反射面が設けられた面と反対側の面である他方の面に作用させる。これにより、薄膜に歪み導入膜を形成することなく、反射面の断面形状に凸面形状を与えることができる。必要に応じて、反射面が設けられた薄膜の一方の面に、該面に作用する全圧力が他方の面に作用する圧力よりも小さな圧力の範囲内で、補助的に作用させることができる。また、圧力付与手段として、負圧付与手段を用いることができる。この場合、反射面に凸状断面形状が与えられるように、少なくとも薄膜の反射面が設けられた一方の面に、大気圧よりも圧力値の小さな負圧が適用される。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の形状可変ミラーにおいて、圧力付与手段は薄膜の反射面に圧力を及ぼす密閉された第１の空気室と、電極が配置され、薄膜の他方の面に圧力を及ぼす密閉された第２の空気室とを有し、この第２の空気室の圧力は第１の空気室のそれより高く、当該圧力差により薄膜の反射面は凸面形状を付与されていることを特徴とする。薄膜を挟んでその両面に形成される第１および第２の空気室の圧力差を適正に設定することにより、薄膜の反射面に適正な凸状断面形状を与えることができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の形状可変ミラーにおいて、第１および第２の空気室の少なくとも一方には、該空気室内の圧力を可変とするための圧力調整手段が設けられていることを特徴とする。圧力調整手段は、初期設定で第１および第２の両空気室の圧力差を適正値に調整することを可能にする。また、圧力調整手段は、例えば不均等な温度差により設定された両空気室の圧力差に変動が生じたとき、その補正を可能とする。このような圧力差の補正により、電極電圧の制御による反射面の正確な形状制御が可能となる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の形状可変ミラーにおいて、圧力調整手段は、空気室内の容量を可変とすべく、該空気室内を区画する壁体に当該空気室に連通して形成されたねじ孔に、進退可能にかつ気密的に螺合する雄ねじ部材を有することを特徴とする。空気室に連通して形成されたねじ孔に螺合する雄ねじ部材の回転操作により、該雄ねじ部材をねじ孔に沿って進退させることができ、これによりねじ孔が連通する空気室の容量を微調整することができる。
従って、比較的単純な構成でもって比較的単純な操作により、薄膜の両側に規定される両空気室の圧力差を適正に調整することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の特徴を図示の実施の形態に沿って詳細に説明する。
【００３３】
＜実施の形態１＞
図１および図２は、本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態１を示す平面図および断面図である。本発明に係る形状可変ミラー１０は、図２に示すように、一方の面１１ａ上に反射面１２ａが形成された可撓性を有する薄膜１１と、該薄膜の他方の面１１ｂに対向して配置される電極１３（１３ａ〜１３ｄ）とを備える。
【００３４】
薄膜１１は、図示の例では、シリコン結晶板により形成された支持枠１４に一体的に形成されている。この薄膜１１および支持枠１４の形成のために、図３に示すようなシリコン結晶基板１５の一方の面に、フォトリソグラフィ技術を用いて円形開口１６ａを有するエッチングマスク１６が形成される。このエッチングマスク１６を保護マスクとし、シリコン結晶基板１５にエッチガスあるいはエッチング液のようなエッチング手段を用いて選択エッチング処理が施される。この選択エッチ処理により、マスク開口１６ａに対応する部分が、所定の厚さ寸法ｈを残すまで除去される。この厚さ寸法ｈは、例えば数μｍとすることができる。
【００３５】
このシリコン結晶基板１５への選択エッチ処理に用いるエッチングマスク１６およびエッチング手段は、従来の半導体製造技術で用いられるそれらと同様であり、詳細な説明は省略する。このシリコン結晶基板１５への選択エッチング処理により、例えば４．４μｍの厚さ寸法ｈを有し、可撓性を有する薄膜１１がその円形縁部を支持枠１４に支持された状態で、該支持枠と一体に形成される。
【００３６】
再び図２を参照するに、薄膜１１の一方の面１１ａ、すなわちシリコン結晶基板１５の凹所底面側に位置する面１１ａ上には、薄膜１１に撓み変形を導入するための歪み導入膜１７が形成されている。この歪み導入膜１７は、図３に示した薄膜１１の一方の面１１ａ上に、例えばシリコン窒化膜を蒸着法、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。薄膜１１の一方の面１１ａ上に形成されるシリコン窒化膜からなる歪み導入膜１７には、該膜の形成時、薄膜１１との接合面に圧縮歪みが導入される。この圧縮歪みにより、この歪みが開放されるように薄膜１１上に形成された歪み導入膜１７自体が支持枠１４により規定される凹所１４ａへ向けて張り出すように、わん曲して形成される。このわん曲する歪み導入膜１７の形成により、この歪み導入膜１７下の薄膜１１は、歪み導入膜１７と一体的にわん曲する。
【００３７】
歪み導入膜１７の凹所１４ａへ張り出す一方の面１７ａ上には、鏡面材料であるアルミニゥム、金あるいは銀のような金属材料が、例えば蒸着法あるいはスパッタリング法により堆積され、これにより薄膜１１の一方の面１１ａ上には、歪み導入膜１７を介して、凹所１４ａ側に凸状に張り出すわん曲した反射面１２ａが形成される。従って、薄膜１１上に歪み導入膜１７を介して形成された反射面１２ａには、図２に示すように、凸状の断面形状が与えられている。
【００３８】
また、本実施の形態１では、わん曲する薄膜１１の他方の面１１ｂを覆うように、金属膜からなる円形の共通電極部材１８が形成されている。
【００３９】
支持枠１４は、例えばガラスのような電気絶縁材料からなる絶縁基板１９上に配置されている。絶縁基板１９には、薄膜１１の直径よりも大きな口径を有する円形の凹所１９ａが形成され、該凹所の底面には、電極１３を構成する前記した多数の電極部材（図２にはその一部が符号１３ａ〜１３ｄで示されている。）がマトリクス状に配列されている。支持枠１４は、薄膜１１の共通電極部材１８を電極１３（１３ａ〜１３ｄ）から間隔をおいてこれらに対向させるように支持枠１４に固着されている。
【００４０】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置される絶縁基板１９の凹所１９ａには、絶縁基板１９に形成された通気口２０を経て、大気が導入されている。そのため、凹所１９ａは、薄膜１１の他方の面１１ｂに形成されかつ凹所１９ａに面する共通電極部材１８に大気圧を作用させる空気室として作用する。また、支持枠１４の凹所１４ａは大気に開放し、薄膜１１の一方の面１１ａ上に歪み導入膜１７を介して形成された反射面１２ａは凹所１４ａで大気に晒されることから、反射面１２ａには大気圧が作用する。
【００４１】
従って、薄膜１１の両面１１ａ、１１ｂには、歪み導入膜１７、反射面１２ａあるいは共通電極部材１８を介して、互いに等しい大気圧力が作用することから、薄膜１１および該薄膜に一体的に形成された歪み導入膜１７、反射面１２ａおよび共通電極部材１８は、大気圧の影響を受けることなく所定の凸状断面形状を有するように、わん曲した状態で保持される。その結果、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）に電圧が印加されていない状態では、前記積層体の表面に形成された反射面１２ａの断面形状は、凸状にわん曲した曲面に保持されている。
【００４２】
反射面１２ａは、必要に応じて、例えば酸化アルミニゥムのような可撓性を有する保護膜（図示せず）で覆うことができる。
【００４３】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）には、共通電極部材１８との間にポテンシャル差を与えるための直流電圧源２１が接続されている。図示の例では、直流電圧源２１の正極が各電極部材１３（１３ａ〜１３ｄ）に接続され、負極である共通電極部材１８は図示しないが接地されている。直流電圧源２１は、各電極部材１３ａ〜１３ｄへの印加電圧値を個別に制御可能である。
【００４４】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）に電圧が印加されると、電圧が印加された電極１３（１３ａ〜１３ｄ）と共通電極部材１８との間には、それぞれのポテンシャル差に応じた静電吸引力が作用することから、薄膜１１および該薄膜に一体的に形成された歪み導入膜１７、反射面１２ａおよび共通電極部材１８からなる積層体のうち、電圧が印加された電極部材１３（１３ａ〜１３ｄ）に対向する部分が、対向する電極部材１３（１３ａ〜１３ｄ）に向けての撓み変形を生じる。
【００４５】
前記した静電吸引力は、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）と薄膜１１との間で作用させることができることから、共通電極部材１８を不要とすることができる。共通電極部材１８を薄膜１１の他方の面１１ｂに形成する場合、支持枠１４を絶縁基板１９に接合する前であれば、歪み導入膜１７の形成の前後に拘わらず、適宜、形成することができる。
【００４６】
図４は、電極１３のうち、電極部材１３ｂ、１３ｅに直流電圧源２１から電圧が印加された例を示す。この選択された電極部材１３ｂ、１３ｅへの電圧の印加により、前記積層体（１１、１２ａ、１７および１８）の全面のうち、選択された電極部材１３ｂ、１３ｅに対向する部分が対応する電極部材１３ｂ、１３ｅに向けて撓み変形を生じる。他方、前記積層体のうち、電圧が印加されていない電極部材１３ａ、１３ｄに対応する部分は、静電吸引力を受けることはなく、基本的には、電極１３との間にポテンシャル差が与えられていない状態を示す図２に示す形態を保持する。
【００４７】
その結果、反射面１２ａには、凸状のわん曲した曲面領域内に、電極部材１３ｂ、１３ｅに選択的に電圧を印加された電極部材に対応して形成される凹状部を形成することができ、この曲面領域と凹状部との組み合わせにより、反射面１２ａの断面形状に、凸部を含む比較的複雑な凹凸形状を付与することができる。
【００４８】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）への電圧の印加を停止することにより、主として薄膜１１の弾性により、反射面１２ａを含む前記積層体は、図２に示した形態に復帰する。
【００４９】
従って、本発明に係る形状可変ミラー１０によれば、電圧を印加される電極部材１３ａ〜１３ｄを選択しかつその電圧値を選択することにより、反射面１２ａの断面形状を凸状の曲面と、該曲面内に部分的に形成される凹状部との組み合わせ形状によって実現できる複雑な形状に設定可能となる。
【００５０】
また、直流電圧源２１による電極１３（１３ａ〜１３ｄ）への電圧制御により、反射面１２ａの微妙な変形を容易に調整することができることから、本発明に係る形状可変ミラー１０を眼底カメラに組み込むことにより、被検眼の眼底からの反射光に含まれる水晶体あるいは角膜等で生じる収差を補正すべく反射面１２ａの形状を被検眼の水晶体あるいは角膜とのゆがみに応じて微妙に調整することができるので、反射光の波面の乱れを適正に修正し、高解像の眼底像を得ることが可能になる。
【００５１】
薄膜１１に形成される歪み導入膜１７として、薄膜１１の他方の面１１ｂに該面との接合面に引張り歪みを有する歪み導入膜を形成することができる。この引張り歪み導入膜は、薄膜１１の他方の面１１ｂに、前記したと同様なシリコン窒化膜を形成するとき、薄膜１１との接合面に引張り歪みが導入される。この引張り歪み導入膜の形成により、反射面１２ａが形成された薄膜１１に前記したと同様な撓み変形を与えることができる。
【００５２】
薄膜１１の一方の面１１ａに圧縮歪み導入膜１７を形成し、必要に応じて、さらに他方の面１１ｂに引張り歪み膜を形成することができる。このような圧縮歪みあるいは引張り歪みが導入される歪み導入膜として、前記したシリコン窒化膜以外にも、薄膜１１との関係でこれに強固に接合される種々の薄膜材料を選択することができる。
【００５３】
実施の形態１は歪み導入膜により薄膜１１に撓み変形を与える例を示したが、実施の形態２は、このような歪み導入膜を用いることなく薄膜１１に作用する圧力差によって薄膜１１に撓み変形を与える例を示す。
【００５４】
＜実施の形態２＞
図５には、本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態２が圧力調整前の状態で示されている。また、実施の形態２を示す図５以下の各図面では、図面の簡素化のために直流電圧源２１が省略されている。
【００５５】
実施の形態２を示す形状可変ミラー１１０では、図２に沿って説明したように、シリコン結晶基板１５に選択エッチング処理を施すことにより、平坦な薄膜１１と該薄膜の縁部を支持する支持枠１４とが一体的に形成される。この薄膜１１の一方の面１１ａには、図２に示した歪み導入膜１７を介することなく、前記したと同様な鏡面材料が直接的に面１１ａ上に堆積され、これにより、薄膜１１上に反射面１２ａが直接的に形成される。また、薄膜１１の他方の面１１ｂには、共通電極部材１８が形成される。
【００５６】
反射面１２ａが露出する支持枠１４の凹所１４ａの開放端面には、該凹所を密閉するために透光性を有する例えばガラスのような封止体２２が固着される。これにより、薄膜１１の一方の面１１ａの側には、該面上に形成された反射面１２ａが面する第１の空気室２３が規定されている。この第１の空気室２３は密閉されており、該空気室内の圧力Ｖ１が薄膜１１の一方の面１１ａの側に反射面１２ａを介して作用することから、第１の圧力付与手段を構成する。
【００５７】
薄膜１１が一体に形成された支持枠１４は、凹所１９ａ内に電極１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置された絶縁基板１９に接合され、これにより薄膜１１の他方の面１１ｂの側には、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置されかつ共通電極部材１８が露出する第２の空気室２４が規定されている。第２の空気室２４は、密閉されており、第１の空気室２３の容積にほぼ等しい容積を有する。第２の空気室２４は、その容積に応じた圧力Ｖ２を薄膜１１の他方の面１１ｂの側に共通電極部材１８を介して及ぼすことから、第２の圧力付与手段を構成する。
【００５８】
第２の空気室２４には、該空気室内の圧力Ｖ２を調整するための圧力調整手段２５が設けられている。圧力調整手段２５は、空気室２３の壁体となる支持枠１４の外壁から第１の空気室２３内に伸長し該空気室に連通するねじ孔２５ａと、該ねじ孔に気密的に螺合する雄ねじ部材２５ｂとを備える。雄ねじ部材２５ｂは、支持枠１４の外方から例えばドライバーのような操作器具を用いて回転操作することができ、この回転操作により雄ねじ部材２５ｂはねじ孔２５ａの軸線方向に沿って進退可能である。ねじ孔２５ａの先端は、第２の空気室２４に開放していることから、雄ねじ部材２５ｂをねじ孔２５ａに沿って進退させることにより、第２の空気室２４の実質的な容積を増減することができる。この容積の増減によって、密閉された第２の空気室２４内の圧力Ｖ２を第１の空気室２３の圧力Ｖ１よりも大きな値を保持する範囲で増減することができる。
【００５９】
今、第２の空気室２４の圧力Ｖ２が第１の空気室２３の圧力Ｖ１よりもΔＰ高い値（Ｐａ）に保持されたとき、このΔＰと、薄膜１１に生じるであろう撓み量δとの関係を図６に沿って説明する。
【００６０】
薄膜１１に生じるであろう撓み量δ（μｍ）と、薄膜１１に等分布加重として作用する圧力ΔＰ（Ｐａ）との間には、図６に示された式（１）すなわち次式
δ＝［３（１−ν２）・ｒ４／（１６Ｅ・ｈ３）］・ΔＰ … （１）
が成り立つ。ここで、νはシリコン結晶からなる薄膜１１のポアソン比（ν＝０．２６）、Ｅは薄膜１１のヤング率（Ｅ＝１０６．８ＧＰａ）、ｒは薄膜１１の半径（ｒ＝５０００μｍ）、ｈは薄膜１１の厚さ寸法（ｈ＝４．４μｍ）である。
【００６１】
式（１）に薄膜１１についてのポアソン比ν、半径ｒおよび厚さ寸法ｈを代入し、１０μｍの撓み量δを生じるときの等分布加重ΔＰを求めると、図６に示された代入式（２）で導かれ、図６の式（３）で示されるとおり、約０．８Ｐａの値が得られる。式（３）の結果が示すところは、圧力調整手段２５の雄ねじ部材２５ｂの調整により、第１の空気室２３の圧力よりも第２の空気室２４の圧力が１気圧の約１０の５乗分の１（１０万分の１）分、高められると、図６に破線で示すとおり薄膜１１に、１０μｍの最大撓み量で、弧状にわん曲する撓み変形が生じることを意味する。
【００６２】
従って、第１の空気室２３および第２の空気室２４の圧力Ｖ１およびＶ２がほぼ等しい調整前では、図５に示されているように、反射面１２ａが形成された薄膜１１はほぼ平坦に保持されているが、雄ねじ部材２５ｂの回転操作により該雄ねじ部材を第２の空気室２４へ向けて押し進めることにより、第２の空気室２４の圧力Ｖ２を第１の第１の空気室２３の圧力Ｖ１よりも高めることができ、この圧力差（ΔＰ＝Ｖ２−Ｖ１）により、図７に示すように、反射面１２ａが形成された薄膜１１に、第１の空気室２３へ向けての適正な撓み変形を与えることができる。
【００６３】
この調整後、図示しないが実施の形態１に示したと同様な直流電圧源２１を用いて、例えば電極部材１３ｂ、１３ｄに電圧を印加したときに図８に示されているように、実施の形態１の図４に示したと同様な形態の反射面１２ａを設定することができる。調整後に、例えば不均等な温度変化によって両空気室２３、２４の圧力差（Ｖ２−Ｖ１）が変動したとき、圧力調整手段２５の雄ねじ部材２５ｂの回転操作により、所定の圧力差ΔＰに調整することができる。
【００６４】
従って、実施の形態２の形状可変ミラー１１０によれば、圧力付与手段２２、２３により、歪み導入膜１７を用いることなく反射面１２ａが形成された薄膜１１に適正な撓み変形を付与することができ、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）への電圧制御によって、薄膜１１の弾性限界内で、反射面１２ａの断面形状を凸状の曲面と、該曲面内に部分的に形成される凹状部との組み合わせ形状によって実現できる複雑な形状に設定することができる。
【００６５】
第２の空気室２４の圧力を第１の空気室２３の圧力よりも高めることにより、反射面１２ａに凸状断面形状を与える例を示したが、第２の空気室２４に大気圧あるいは大気圧よりも圧力の低い負圧を導入し、さらに第１の空気室２３に、第２の空気室２４の圧力よりも低い値を示す負圧を導入することによって、反射面１２ａに凸状断面形状を与えることができる。
【００６６】
前記したところでは、薄膜１１の材料にシリコン結晶を用いた例を示したが、本発明は、薄膜１１に多結晶シリコン、非結晶シリコンの他、パイレックガラスと称されるガラス材料等、種々の可撓性を有するダイヤフラム材料を用いることができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、薄膜に形成された反射面の断面形状を電極および薄膜間が等電位にある状態で曲面とすることにより、電極に電位が付与されたとき、この電位により薄膜に形成される凹状部と、該凹状部を除く他の曲面部分との組み合わせにより、反射面に凸状部等を含む複雑な所望の断面形状を容易に付与することができる。
【００６８】
請求項２に記載の発明によれば、電極を構成する複数の電極部材のそれぞれの電圧値を個々に制御可能とすることにより、一層複雑な断面形状を反射面に付与することができる。
【００６９】
請求項３に記載の発明によれば、薄膜を例えばシリコン単結晶基板のようなシリコン材料で形成することにより、半導体製造技術を利用して、適正な厚さ寸法を有する微小な薄膜を比較的容易に形成することができる。
【００７０】
請求項４に記載の発明によれば、薄膜がわん曲して形成されていることから、この薄膜の両面への圧力差を及ぼすための格別な圧力付与手段を用いることなく、反射面の断面に凸状形状を与えることができる。
【００７１】
請求項５に記載の発明によれば、薄膜に形成される歪み導入層により、薄膜自体に撓み変形が与えられることから、格別な圧力付与手段を用いることなく比較的容易に反射面の断面を凸状曲面とすることができる。
【００７２】
請求項６に記載の発明によれば、歪み導入層をシリコン窒化膜で形成することにより、薄膜に凸状の歪みを与える引張り歪み導入層および圧縮歪み導入層を製造方法により作り分けることができる。
【００７３】
請求項７に記載の発明によれば、大気に晒される薄膜の反射面と反対側の他方の面には、通気口を経て導入された大気が作用することから、薄膜の両面は等圧に保持されるので、薄膜は圧力差による影響を受けることはない。従って、薄膜の一方の面に形成された反射面に、電極に印加する電圧に応じて、その断面でみて適正な曲線形状を付与することができる。
【００７４】
請求項８に記載の発明によれば、圧力付与手段の調整により、反射面が形成される薄膜に歪み導入膜を形成することなく、反射面の断面形状に適正な凸面形状を与えることができる。
【００７５】
請求項９に記載の発明によれば、反射面が形成される薄膜を挟んでその両面に形成される第１および第２の空気室の圧力差を適正に設定することにより、薄膜の反射面に適正な凸状断面形状を与えることができる。
【００７６】
請求項１０に記載の発明によれば、薄膜の両側に規定される第１および第２の空気室の少なくとも一方に設けられた圧力調整手段の操作により、初期設定で第１および第２の両空気室の圧力差を適正値に調整することができる。また、空気室の圧力差に変動が生じたとき、この圧力差を補正することができるので、圧力差の変動に拘わらず、電極電圧の制御に応じた反射面の正確な形状制御が可能となる。
【００７７】
請求項１１に記載の発明によれば、空気室に連通して形成されたねじ孔に螺合する雄ねじ部材の回転操作により、このねじ孔が連通する空気室の容量を微調整することができるので、比較的単純な構成でもって比較的単純な操作により、薄膜の両側に規定される両空気室の圧力差を適正に調整することが可能となり、これにより薄膜の反射面の断面形状を電極に電圧が印加されていない状態で比較的容易に適正な凸形状曲面に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態１を示す平面図である。
【図２】図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿って得られた断面図である。
【図３】実施の形態１における薄膜の製造工程を示すシリコン結晶板の断面図である。
【図４】実施の形態１における形状可変ミラーの反射面の形状を変えた一使用例を示す図２と同様な図面である。
【図５】本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態２を圧力調整前の状態で示す図２と同様な図面である。
【図６】実施の形態２における第１および第２の空気室の圧力差と撓み量との関係を示す説明図である。
【図７】本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態２を圧力調整後の状態で示す図２と同様な図面である。
【図８】実施の形態２における形状可変ミラーの反射面の形状を変えた一使用例を示す図２と同様な図面である。
【符号の説明】
１０、１１０ 形状可変ミラー
１１ 薄膜
１２ａ 反射面
１３（１３ａ〜１３ｄ） 電極（電極部材）
１４ 支持枠
１７ 歪み導入膜
１８ 共通電極部材
１９ 絶縁基板
２０ 通気口
２１ 直流電圧源
２３ 第１の空気室（圧力付与手段）
２４ 第２の空気室（圧力付与手段）
２５ 圧力調整手段
２５ａ ねじ孔
２５ｂ 雄ねじ部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射面が形成された薄膜に静電吸引力を作用させて反射面の断面形状を可変とし得る形状可変ミラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の形状可変ミラーに、表面に反射面が形成された可撓性の薄膜を平坦に保持し、この薄膜の裏面側から電極を介して薄膜に静電吸引力を作用させることにより、平坦な反射面を電極と反対方向に向けて凹状に変形させるものがある（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
このような形状変形ミラーでは、反射面が設けられた薄膜と電極との間に電圧が印加されていない状態では、薄膜と電極との間に電位差が与えられておらず、従って、薄膜と電極との間に静電吸引力は作用しないことから、反射面が設けられた薄膜は略平坦となるように保持されている。そのため、形状変形ミラーは、薄膜に対する電圧が電極に印加されていない状態では、略平面鏡として作用する。
【０００４】
電極に電圧が印加されると、電極を介して薄膜に電圧の値に応じた静電吸引力が作用することから、電極に対応した部分が該電極に向けて部分的に撓む。従って、電極に印加される電圧を制御することにより、反射面の断面形状を所望の凹状に変えることができる。この種の形状変形ミラーの適用例としては、典型的には、生体眼の網膜からの反射光に含まれる波面収差を補正するために、生体眼からの反射光路中に挿入することが挙げられる（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
いずれにしても、従来の前記した形状可変ミラーでは、平坦に保持されている薄膜に電極を介して静電吸引力を作用させることにより、この平面鏡として作用する反射面を部分的に凹状に撓ませることができるので、比較的容易に反射面に所望の凹状曲面を与えることができる。
【０００６】
また、電極への電圧の印加により、平坦な反射面に凹状の撓みが与えられるので、電極を構成する電極部材の数、配置および各電極部材への電圧制御を考慮することにより、反射面に形成される凹状の撓みの程度および凹状部の配置を組み合わせることができ、これにより、平坦な反射面に種々の断面形状を与えることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−４９４６０号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
米国特許第５，７７４，２５２号明細書（第２−４欄、図１−３）
【特許文献３】
特表２００１−５０７２５８号公報（第１２−１５頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平坦面に形成される凹状曲面の組み合わせによって所望の複雑な断面形状を形成することは容易ではない。また、複雑な断面形状の実現のためには、電極部材の数の増大および各電極部材への電圧の高精度の制御が不可欠となり、構成の複雑化を招く。そのため、反射面に非球面形状を含めた所望の複雑な断面形状を比較的容易に与えることのできる形状可変ミラーが望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、反射面に従来よりも複雑な断面形状を従来に比較して容易に実現し得る形状可変ミラーを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１記載の発明は、一方の面に反射面が形成される可撓性の薄膜と、該薄膜の他方の面に間隔をおいて対向して配置された電極とを備え、前記薄膜と前記電極との間に印加される電圧を制御することにより、前記反射面の断面形状を可変とする形状可変ミラーであって、前記反射面の断面形状が、前記電極および前記薄膜間が等電位にある状態で、前記電極の側と反対側の方向へ凸状の曲面であることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、反射面が形成される薄膜は、電極に電圧が印加された状態では、従来における例と同様に電極を介して静電吸引力を受けることから、この静電吸引力により電極へ向けての撓み変形を受ける。この反射面が形成される薄膜は、該薄膜に対する電圧が電極に与えられていない状態、すなわち薄膜と電極とが等電位におかれた状態では、平坦に保持されていない。そのため、薄膜に形成された反射面の断面は、従来のような平面を呈することなく曲面を呈する。
【００１２】
静電吸引力による薄膜の撓み変形によって、例えば反射面の曲面内に部分的に凹状部を形成することができることから、反射面の断面形状は、曲面と該曲面内に形成される凹状部との組み合わせにより規定される。従って、電極の電圧を制御することにより、凹状部を該凹状部を除く他の曲面部分と組み合わせることができ、この凹状部と、該凹状部を除く他の曲面部分との組み合わせにより、従来のような平坦部と凹状部との組み合わせに比較して、反射面に凸状部等を含む複雑な所望の断面形状を容易に付与することができる。
【００１３】
また、曲面と凹状部との組み合わせにより、凸状部を含む複雑な所望の断面形状を反射面に与えることができるので、例えば眼底カメラを用いて被検眼の眼底像を得る光学装置に本発明に係る形状可変ミラーを組み込むことにより、被検眼の眼底で反射して、被検眼の水晶体、角膜等を経て射出される光束からその水晶体あるいは角膜等で生じる収差を除去するために、反射面の断面形状を被検眼の水晶体あるいは角膜等のゆがみに応じて微妙に調整することができる。これにより、構成の複雑化を招くことなく、被検眼からの反射光束の収差を除去することができ、反射光束の波面の乱れを適正に修正して高解像度の眼底像を得ることができる。
【００１４】
また、請求項１に記載の発明は、電圧が電極に印加されていない状態で、反射面の断面形状を凸状曲面としたことを特徴とする。
【００１５】
反射面の断面形状は、電極に電圧が印加されていない状態で、凸状曲面に保持されることから、電極に電圧を印加することにより、この凸状曲面と、該凸状曲面内に形成される凹状部との組み合わせにより、反射面の断面形状を規定することができる。従って、反射面の断面形状を凹凸を含む所望形状に設定することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の形状可変ミラーにおいて、電極を複数の電極部材で構成し、各電極部材の電圧値を個々に制御可能としたことを特徴とする。電圧値が個々に制御可能の複数の電極部材を電極として用いることにより、一層複雑な断面形状を反射面に設定することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜はシリコンを主材料として形成されていることを特徴とする。
【００１８】
薄膜をシリコン単結晶基板のようなシリコン材料で形成することにより、フォト・リソグラフィおよびエッチングのような半導体製造技術を利用して、適正な厚さ寸法を有する微小な薄膜を比較的容易に形成することができる。この薄膜の一方の面には、反射光の波長に応じて選択される例えばアルミニゥム、金あるいは銀のような鏡面材料が蒸着あるいはスパッタリング等により適宜堆積され、これにより反射面を形成することができる。反射面の表面は、必要に応じて、例えば酸化アルミニゥムのような保護膜で覆うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜は、該薄膜の前記両面にほぼ等しい圧力が作用する状態で反射面が凸面形状を呈するように、全体にわん曲して形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、薄膜がわん曲して形成されていることから、この薄膜の両面への圧力差を及ぼすための格別な圧力付与手段を用いることなく、反射面の断面に凸状形状を与えることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜に撓み変形を与えるための歪み導入層が形成されていることを特徴とする。
この歪み導入層は、薄膜の反射面の側あるいはその反対側の面の少なくともいずれか一方の面に形成することができる。
【００２２】
薄膜の反射面が形成される一方の面の側に歪み導入層が形成される場合、この歪み導入層は、薄膜との接合面の側で圧縮歪みが生じるように、該薄膜上に形成される。この圧縮歪み導入層は、薄膜との接合面と反対側の面を凸状とするように撓み変形を生じる。圧縮歪み導入層に接合する薄膜は、この歪み導入層に沿って撓み変形を生じる。その結果、薄膜は、その一方の面に形成された反射面の断面形状が凸形状となるように、すなわち、反射面の側が全体的に外方に張り出すように、わん曲し、あるいは弧状となるように、撓み変形を生じる。
【００２３】
反射面が形成される面と反対側、すなわち薄膜の電極に対向する他方の面側に歪み導入層が形成される場合、歪み導入層は、薄膜との接合面の側で引張り歪みが生じるように、該薄膜上に形成される。この引張り歪み導入層は、薄膜との接合面と反対側の面を凹状とするように撓み変形を生じる。引張り歪み導入層に接合する薄膜は、この歪み導入層に沿って撓み変形を生じる。その結果、薄膜は、この薄膜の一方の面に圧縮歪み導入層が形成される場合におけると同様に、その一方の面に形成された反射面の断面形状が凸形状となるように、わん曲しあるいは弧状となるように、撓み変形を生じる。
【００２４】
圧縮歪み導入層および引張り歪み導入層は、必要に応じて、薄膜の両面側にそれぞれ形成することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の形状可変ミラーにおいて、歪み導入層をシリコン窒化膜で形成することを特徴とする。シリコン窒化膜は、シリコンを主材料とする薄膜上に、例えば蒸着法、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法等を用いて、薄膜と緊密に接合された状態で成長させることができる。
また、歪み導入層をシリコン窒化膜で形成することにより、例えば成長条件を選択することにより、引張り歪み導入層および圧縮歪み導入層を作り分けることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の形状可変ミラーにおいて、薄膜の反射面は大気に晒され、該薄膜の他方の面は前記電極を配置するための空気室に面し、該空気室には通気口を経て大気が導入されることを特徴とする。空気室には通気口を経て大気が導入されることから、薄膜の両面は等圧力に保持されるので、薄膜は圧力差による影響を受けることはない。従って、薄膜の一方の面に形成された反射面に、電極に印加する電圧に応じて、その断面でみて適正な曲線形状を付与することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の形状可変ミラーにおいて、反射面に凸面形状を付与すべく薄膜に所定の圧力を作用させるための圧力付与手段が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
圧力付与手段は、例えば、反射面に作用する大気圧力よりも大きな値の圧力を反射面が設けられた面と反対側の面である他方の面に作用させる。これにより、薄膜に歪み導入膜を形成することなく、反射面の断面形状に凸面形状を与えることができる。必要に応じて、反射面が設けられた薄膜の一方の面に、該面に作用する全圧力が他方の面に作用する圧力よりも小さな圧力の範囲内で、補助的に作用させることができる。また、圧力付与手段として、負圧付与手段を用いることができる。この場合、反射面に凸状断面形状が与えられるように、少なくとも薄膜の反射面が設けられた一方の面に、大気圧よりも圧力値の小さな負圧が適用される。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の形状可変ミラーにおいて、圧力付与手段は薄膜の反射面に圧力を及ぼす密閉された第１の空気室と、電極が配置され、薄膜の他方の面に圧力を及ぼす密閉された第２の空気室とを有し、この第２の空気室の圧力は第１の空気室のそれより高く、当該圧力差により薄膜の反射面は凸面形状を付与されていることを特徴とする。薄膜を挟んでその両面に形成される第１および第２の空気室の圧力差を適正に設定することにより、薄膜の反射面に適正な凸状断面形状を与えることができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の形状可変ミラーにおいて、第１および第２の空気室の少なくとも一方には、該空気室内の圧力を可変とするための圧力調整手段が設けられていることを特徴とする。圧力調整手段は、初期設定で第１および第２の両空気室の圧力差を適正値に調整することを可能にする。また、圧力調整手段は、例えば不均等な温度差により設定された両空気室の圧力差に変動が生じたとき、その補正を可能とする。このような圧力差の補正により、電極電圧の制御による反射面の正確な形状制御が可能となる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の形状可変ミラーにおいて、圧力調整手段は、空気室内の容量を可変とすべく、該空気室内を区画する壁体に当該空気室に連通して形成されたねじ孔に、進退可能にかつ気密的に螺合する雄ねじ部材を有することを特徴とする。空気室に連通して形成されたねじ孔に螺合する雄ねじ部材の回転操作により、該雄ねじ部材をねじ孔に沿って進退させることができ、これによりねじ孔が連通する空気室の容量を微調整することができる。
従って、比較的単純な構成でもって比較的単純な操作により、薄膜の両側に規定される両空気室の圧力差を適正に調整することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の特徴を図示の実施の形態に沿って詳細に説明する。
【００３３】
＜実施の形態１＞
図１および図２は、本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態１を示す平面図および断面図である。本発明に係る形状可変ミラー１０は、図２に示すように、一方の面１１ａ上に反射面１２ａが形成された可撓性を有する薄膜１１と、該薄膜の他方の面１１ｂに対向して配置される電極１３（１３ａ〜１３ｄ）とを備える。
【００３４】
薄膜１１は、図示の例では、シリコン結晶板により形成された支持枠１４に一体的に形成されている。この薄膜１１および支持枠１４の形成のために、図３に示すようなシリコン結晶基板１５の一方の面に、フォトリソグラフィ技術を用いて円形開口１６ａを有するエッチングマスク１６が形成される。このエッチングマスク１６を保護マスクとし、シリコン結晶基板１５にエッチガスあるいはエッチング液のようなエッチング手段を用いて選択エッチング処理が施される。この選択エッチ処理により、マスク開口１６ａに対応する部分が、所定の厚さ寸法ｈを残すまで除去される。この厚さ寸法ｈは、例えば数μｍとすることができる。
【００３５】
このシリコン結晶基板１５への選択エッチ処理に用いるエッチングマスク１６およびエッチング手段は、従来の半導体製造技術で用いられるそれらと同様であり、詳細な説明は省略する。このシリコン結晶基板１５への選択エッチング処理により、例えば４．４μｍの厚さ寸法ｈを有し、可撓性を有する薄膜１１がその円形縁部を支持枠１４に支持された状態で、該支持枠と一体に形成される。
【００３６】
再び図２を参照するに、薄膜１１の一方の面１１ａ、すなわちシリコン結晶基板１５の凹所底面側に位置する面１１ａ上には、薄膜１１に撓み変形を導入するための歪み導入膜１７が形成されている。この歪み導入膜１７は、図３に示した薄膜１１の一方の面１１ａ上に、例えばシリコン窒化膜を蒸着法、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。薄膜１１の一方の面１１ａ上に形成されるシリコン窒化膜からなる歪み導入膜１７には、該膜の形成時、薄膜１１との接合面に圧縮歪みが導入される。この圧縮歪みにより、この歪みが開放されるように薄膜１１上に形成された歪み導入膜１７自体が支持枠１４により規定される凹所１４ａへ向けて張り出すように、わん曲して形成される。このわん曲する歪み導入膜１７の形成により、この歪み導入膜１７下の薄膜１１は、歪み導入膜１７と一体的にわん曲する。
【００３７】
歪み導入膜１７の凹所１４ａへ張り出す一方の面１７ａ上には、鏡面材料であるアルミニゥム、金あるいは銀のような金属材料が、例えば蒸着法あるいはスパッタリング法により堆積され、これにより薄膜１１の一方の面１１ａ上には、歪み導入膜１７を介して、凹所１４ａ側に凸状に張り出すわん曲した反射面１２ａが形成される。従って、薄膜１１上に歪み導入膜１７を介して形成された反射面１２ａには、図２に示すように、凸状の断面形状が与えられている。
【００３８】
また、本実施の形態１では、わん曲する薄膜１１の他方の面１１ｂを覆うように、金属膜からなる円形の共通電極部材１８が形成されている。
【００３９】
支持枠１４は、例えばガラスのような電気絶縁材料からなる絶縁基板１９上に配置されている。絶縁基板１９には、薄膜１１の直径よりも大きな口径を有する円形の凹所１９ａが形成され、該凹所の底面には、電極１３を構成する前記した多数の電極部材（図２にはその一部が符号１３ａ〜１３ｄで示されている。）がマトリクス状に配列されている。支持枠１４は、薄膜１１の共通電極部材１８を電極１３（１３ａ〜１３ｄ）から間隔をおいてこれらに対向させるように支持枠１４に固着されている。
【００４０】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置される絶縁基板１９の凹所１９ａには、絶縁基板１９に形成された通気口２０を経て、大気が導入されている。そのため、凹所１９ａは、薄膜１１の他方の面１１ｂに形成されかつ凹所１９ａに面する共通電極部材１８に大気圧を作用させる空気室として作用する。また、支持枠１４の凹所１４ａは大気に開放し、薄膜１１の一方の面１１ａ上に歪み導入膜１７を介して形成された反射面１２ａは凹所１４ａで大気に晒されることから、反射面１２ａには大気圧が作用する。
【００４１】
従って、薄膜１１の両面１１ａ、１１ｂには、歪み導入膜１７、反射面１２ａあるいは共通電極部材１８を介して、互いに等しい大気圧力が作用することから、薄膜１１および該薄膜に一体的に形成された歪み導入膜１７、反射面１２ａおよび共通電極部材１８は、大気圧の影響を受けることなく所定の凸状断面形状を有するように、わん曲した状態で保持される。その結果、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）に電圧が印加されていない状態では、前記積層体の表面に形成された反射面１２ａの断面形状は、凸状にわん曲した曲面に保持されている。
【００４２】
反射面１２ａは、必要に応じて、例えば酸化アルミニゥムのような可撓性を有する保護膜（図示せず）で覆うことができる。
【００４３】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）には、共通電極部材１８との間にポテンシャル差を与えるための直流電圧源２１が接続されている。図示の例では、直流電圧源２１の正極が各電極部材１３（１３ａ〜１３ｄ）に接続され、負極である共通電極部材１８は図示しないが接地されている。直流電圧源２１は、各電極部材１３ａ〜１３ｄへの印加電圧値を個別に制御可能である。
【００４４】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）に電圧が印加されると、電圧が印加された電極１３（１３ａ〜１３ｄ）と共通電極部材１８との間には、それぞれのポテンシャル差に応じた静電吸引力が作用することから、薄膜１１および該薄膜に一体的に形成された歪み導入膜１７、反射面１２ａおよび共通電極部材１８からなる積層体のうち、電圧が印加された電極部材１３（１３ａ〜１３ｄ）に対向する部分が、対向する電極部材１３（１３ａ〜１３ｄ）に向けての撓み変形を生じる。
【００４５】
前記した静電吸引力は、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）と薄膜１１との間で作用させることができることから、共通電極部材１８を不要とすることができる。共通電極部材１８を薄膜１１の他方の面１１ｂに形成する場合、支持枠１４を絶縁基板１９に接合する前であれば、歪み導入膜１７の形成の前後に拘わらず、適宜、形成することができる。
【００４６】
図４は、電極１３のうち、電極部材１３ｂ、１３ｅに直流電圧源２１から電圧が印加された例を示す。この選択された電極部材１３ｂ、１３ｅへの電圧の印加により、前記積層体（１１、１２ａ、１７および１８）の全面のうち、選択された電極部材１３ｂ、１３ｅに対向する部分が対応する電極部材１３ｂ、１３ｅに向けて撓み変形を生じる。他方、前記積層体のうち、電圧が印加されていない電極部材１３ａ、１３ｄに対応する部分は、静電吸引力を受けることはなく、基本的には、電極１３との間にポテンシャル差が与えられていない状態を示す図２に示す形態を保持する。
【００４７】
その結果、反射面１２ａには、凸状のわん曲した曲面領域内に、電極部材１３ｂ、１３ｅに選択的に電圧を印加された電極部材に対応して形成される凹状部を形成することができ、この曲面領域と凹状部との組み合わせにより、反射面１２ａの断面形状に、凸部を含む比較的複雑な凹凸形状を付与することができる。
【００４８】
電極１３（１３ａ〜１３ｄ）への電圧の印加を停止することにより、主として薄膜１１の弾性により、反射面１２ａを含む前記積層体は、図２に示した形態に復帰する。
【００４９】
従って、本発明に係る形状可変ミラー１０によれば、電圧を印加される電極部材１３ａ〜１３ｄを選択しかつその電圧値を選択することにより、反射面１２ａの断面形状を凸状の曲面と、該曲面内に部分的に形成される凹状部との組み合わせ形状によって実現できる複雑な形状に設定可能となる。
【００５０】
また、直流電圧源２１による電極１３（１３ａ〜１３ｄ）への電圧制御により、反射面１２ａの微妙な変形を容易に調整することができることから、本発明に係る形状可変ミラー１０を眼底カメラに組み込むことにより、被検眼の眼底からの反射光に含まれる水晶体あるいは角膜等で生じる収差を補正すべく反射面１２ａの形状を被検眼の水晶体あるいは角膜とのゆがみに応じて微妙に調整することができるので、反射光の波面の乱れを適正に修正し、高解像の眼底像を得ることが可能になる。
【００５１】
薄膜１１に形成される歪み導入膜１７として、薄膜１１の他方の面１１ｂに該面との接合面に引張り歪みを有する歪み導入膜を形成することができる。この引張り歪み導入膜は、薄膜１１の他方の面１１ｂに、前記したと同様なシリコン窒化膜を形成するとき、薄膜１１との接合面に引張り歪みが導入される。この引張り歪み導入膜の形成により、反射面１２ａが形成された薄膜１１に前記したと同様な撓み変形を与えることができる。
【００５２】
薄膜１１の一方の面１１ａに圧縮歪み導入膜１７を形成し、必要に応じて、さらに他方の面１１ｂに引張り歪み膜を形成することができる。このような圧縮歪みあるいは引張り歪みが導入される歪み導入膜として、前記したシリコン窒化膜以外にも、薄膜１１との関係でこれに強固に接合される種々の薄膜材料を選択することができる。
【００５３】
実施の形態１は歪み導入膜により薄膜１１に撓み変形を与える例を示したが、実施の形態２は、このような歪み導入膜を用いることなく薄膜１１に作用する圧力差によって薄膜１１に撓み変形を与える例を示す。
【００５４】
＜実施の形態２＞
図５には、本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態２が圧力調整前の状態で示されている。また、実施の形態２を示す図５以下の各図面では、図面の簡素化のために直流電圧源２１が省略されている。
【００５５】
実施の形態２を示す形状可変ミラー１１０では、図２に沿って説明したように、シリコン結晶基板１５に選択エッチング処理を施すことにより、平坦な薄膜１１と該薄膜の縁部を支持する支持枠１４とが一体的に形成される。この薄膜１１の一方の面１１ａには、図２に示した歪み導入膜１７を介することなく、前記したと同様な鏡面材料が直接的に面１１ａ上に堆積され、これにより、薄膜１１上に反射面１２ａが直接的に形成される。また、薄膜１１の他方の面１１ｂには、共通電極部材１８が形成される。
【００５６】
反射面１２ａが露出する支持枠１４の凹所１４ａの開放端面には、該凹所を密閉するために透光性を有する例えばガラスのような封止体２２が固着される。これにより、薄膜１１の一方の面１１ａの側には、該面上に形成された反射面１２ａが面する第１の空気室２３が規定されている。この第１の空気室２３は密閉されており、該空気室内の圧力Ｖ１が薄膜１１の一方の面１１ａの側に反射面１２ａを介して作用することから、第１の圧力付与手段を構成する。
【００５７】
薄膜１１が一体に形成された支持枠１４は、凹所１９ａ内に電極１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置された絶縁基板１９に接合され、これにより薄膜１１の他方の面１１ｂの側には、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）が配置されかつ共通電極部材１８が露出する第２の空気室２４が規定されている。第２の空気室２４は、密閉されており、第１の空気室２３の容積にほぼ等しい容積を有する。第２の空気室２４は、その容積に応じた圧力Ｖ２を薄膜１１の他方の面１１ｂの側に共通電極部材１８を介して及ぼすことから、第２の圧力付与手段を構成する。
【００５８】
第２の空気室２４には、該空気室内の圧力Ｖ２を調整するための圧力調整手段２５が設けられている。圧力調整手段２５は、空気室２３の壁体となる支持枠１４の外壁から第１の空気室２３内に伸長し該空気室に連通するねじ孔２５ａと、該ねじ孔に気密的に螺合する雄ねじ部材２５ｂとを備える。雄ねじ部材２５ｂは、支持枠１４の外方から例えばドライバーのような操作器具を用いて回転操作することができ、この回転操作により雄ねじ部材２５ｂはねじ孔２５ａの軸線方向に沿って進退可能である。ねじ孔２５ａの先端は、第２の空気室２４に開放していることから、雄ねじ部材２５ｂをねじ孔２５ａに沿って進退させることにより、第２の空気室２４の実質的な容積を増減することができる。この容積の増減によって、密閉された第２の空気室２４内の圧力Ｖ２を第１の空気室２３の圧力Ｖ１よりも大きな値を保持する範囲で増減することができる。
【００５９】
今、第２の空気室２４の圧力Ｖ２が第１の空気室２３の圧力Ｖ１よりもΔＰ高い値（Ｐａ）に保持されたとき、このΔＰと、薄膜１１に生じるであろう撓み量δとの関係を図６に沿って説明する。
【００６０】
薄膜１１に生じるであろう撓み量δ（μｍ）と、薄膜１１に等分布加重として作用する圧力ΔＰ（Ｐａ）との間には、図６に示された式（１）すなわち次式
δ＝［３（１−ν２）・ｒ４／（１６Ｅ・ｈ３）］・ΔＰ … （１）
が成り立つ。ここで、νはシリコン結晶からなる薄膜１１のポアソン比（ν＝０．２６）、Ｅは薄膜１１のヤング率（Ｅ＝１０６．８ＧＰａ）、ｒは薄膜１１の半径（ｒ＝５０００μｍ）、ｈは薄膜１１の厚さ寸法（ｈ＝４．４μｍ）である。
【００６１】
式（１）に薄膜１１についてのポアソン比ν、半径ｒおよび厚さ寸法ｈを代入し、１０μｍの撓み量δを生じるときの等分布加重ΔＰを求めると、図６に示された代入式（２）で導かれ、図６の式（３）で示されるとおり、約０．８Ｐａの値が得られる。式（３）の結果が示すところは、圧力調整手段２５の雄ねじ部材２５ｂの調整により、第１の空気室２３の圧力よりも第２の空気室２４の圧力が１気圧の約１０の５乗分の１（１０万分の１）分、高められると、図６に破線で示すとおり薄膜１１に、１０μｍの最大撓み量で、弧状にわん曲する撓み変形が生じることを意味する。
【００６２】
従って、第１の空気室２３および第２の空気室２４の圧力Ｖ１およびＶ２がほぼ等しい調整前では、図５に示されているように、反射面１２ａが形成された薄膜１１はほぼ平坦に保持されているが、雄ねじ部材２５ｂの回転操作により該雄ねじ部材を第２の空気室２４へ向けて押し進めることにより、第２の空気室２４の圧力Ｖ２を第１の第１の空気室２３の圧力Ｖ１よりも高めることができ、この圧力差（ΔＰ＝Ｖ２−Ｖ１）により、図７に示すように、反射面１２ａが形成された薄膜１１に、第１の空気室２３へ向けての適正な撓み変形を与えることができる。
【００６３】
この調整後、図示しないが実施の形態１に示したと同様な直流電圧源２１を用いて、例えば電極部材１３ｂ、１３ｄに電圧を印加したときに図８に示されているように、実施の形態１の図４に示したと同様な形態の反射面１２ａを設定することができる。調整後に、例えば不均等な温度変化によって両空気室２３、２４の圧力差（Ｖ２−Ｖ１）が変動したとき、圧力調整手段２５の雄ねじ部材２５ｂの回転操作により、所定の圧力差ΔＰに調整することができる。
【００６４】
従って、実施の形態２の形状可変ミラー１１０によれば、圧力付与手段２２、２３により、歪み導入膜１７を用いることなく反射面１２ａが形成された薄膜１１に適正な撓み変形を付与することができ、電極１３（１３ａ〜１３ｄ）への電圧制御によって、薄膜１１の弾性限界内で、反射面１２ａの断面形状を凸状の曲面と、該曲面内に部分的に形成される凹状部との組み合わせ形状によって実現できる複雑な形状に設定することができる。
【００６５】
第２の空気室２４の圧力を第１の空気室２３の圧力よりも高めることにより、反射面１２ａに凸状断面形状を与える例を示したが、第２の空気室２４に大気圧あるいは大気圧よりも圧力の低い負圧を導入し、さらに第１の空気室２３に、第２の空気室２４の圧力よりも低い値を示す負圧を導入することによって、反射面１２ａに凸状断面形状を与えることができる。
【００６６】
前記したところでは、薄膜１１の材料にシリコン結晶を用いた例を示したが、本発明は、薄膜１１に多結晶シリコン、非結晶シリコンの他、パイレックガラスと称されるガラス材料等、種々の可撓性を有するダイヤフラム材料を用いることができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、薄膜に形成された反射面の断面形状を電極および薄膜間が等電位にある状態で曲面とすることにより、電極に電位が付与されたとき、この電位により薄膜に形成される凹状部と、該凹状部を除く他の曲面部分との組み合わせにより、反射面に凸状部等を含む複雑な所望の断面形状を容易に付与することができる。
【００６８】
請求項２に記載の発明によれば、電極を構成する複数の電極部材のそれぞれの電圧値を個々に制御可能とすることにより、一層複雑な断面形状を反射面に付与することができる。
【００６９】
請求項３に記載の発明によれば、薄膜を例えばシリコン単結晶基板のようなシリコン材料で形成することにより、半導体製造技術を利用して、適正な厚さ寸法を有する微小な薄膜を比較的容易に形成することができる。
【００７０】
請求項４に記載の発明によれば、薄膜がわん曲して形成されていることから、この薄膜の両面への圧力差を及ぼすための格別な圧力付与手段を用いることなく、反射面の断面に凸状形状を与えることができる。
【００７１】
請求項５に記載の発明によれば、薄膜に形成される歪み導入層により、薄膜自体に撓み変形が与えられることから、格別な圧力付与手段を用いることなく比較的容易に反射面の断面を凸状曲面とすることができる。
【００７２】
請求項６に記載の発明によれば、歪み導入層をシリコン窒化膜で形成することにより、薄膜に凸状の歪みを与える引張り歪み導入層および圧縮歪み導入層を製造方法により作り分けることができる。
【００７３】
請求項７に記載の発明によれば、大気に晒される薄膜の反射面と反対側の他方の面には、通気口を経て導入された大気が作用することから、薄膜の両面は等圧に保持されるので、薄膜は圧力差による影響を受けることはない。従って、薄膜の一方の面に形成された反射面に、電極に印加する電圧に応じて、その断面でみて適正な曲線形状を付与することができる。
【００７４】
請求項８に記載の発明によれば、圧力付与手段の調整により、反射面が形成される薄膜に歪み導入膜を形成することなく、反射面の断面形状に適正な凸面形状を与えることができる。
【００７５】
請求項９に記載の発明によれば、反射面が形成される薄膜を挟んでその両面に形成される第１および第２の空気室の圧力差を適正に設定することにより、薄膜の反射面に適正な凸状断面形状を与えることができる。
【００７６】
請求項１０に記載の発明によれば、薄膜の両側に規定される第１および第２の空気室の少なくとも一方に設けられた圧力調整手段の操作により、初期設定で第１および第２の両空気室の圧力差を適正値に調整することができる。また、空気室の圧力差に変動が生じたとき、この圧力差を補正することができるので、圧力差の変動に拘わらず、電極電圧の制御に応じた反射面の正確な形状制御が可能となる。
【００７７】
請求項１１に記載の発明によれば、空気室に連通して形成されたねじ孔に螺合する雄ねじ部材の回転操作により、このねじ孔が連通する空気室の容量を微調整することができるので、比較的単純な構成でもって比較的単純な操作により、薄膜の両側に規定される両空気室の圧力差を適正に調整することが可能となり、これにより薄膜の反射面の断面形状を電極に電圧が印加されていない状態で比較的容易に適正な凸形状曲面に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態１を示す平面図である。
【図２】図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿って得られた断面図である。
【図３】実施の形態１における薄膜の製造工程を示すシリコン結晶板の断面図である。
【図４】実施の形態１における形状可変ミラーの反射面の形状を変えた一使用例を示す図２と同様な図面である。
【図５】本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態２を圧力調整前の状態で示す図２と同様な図面である。
【図６】実施の形態２における第１および第２の空気室の圧力差と撓み量との関係を示す説明図である。
【図７】本発明に係る形状可変ミラーの実施の形態２を圧力調整後の状態で示す図２と同様な図面である。
【図８】実施の形態２における形状可変ミラーの反射面の形状を変えた一使用例を示す図２と同様な図面である。
【符号の説明】
１０、１１０ 形状可変ミラー
１１ 薄膜
１２ａ 反射面
１３（１３ａ〜１３ｄ） 電極（電極部材）
１４ 支持枠
１７ 歪み導入膜
１８ 共通電極部材
１９ 絶縁基板
２０ 通気口
２１ 直流電圧源
２３ 第１の空気室（圧力付与手段）
２４ 第２の空気室（圧力付与手段）
２５ 圧力調整手段
２５ａ ねじ孔
２５ｂ 雄ねじ部材
Claims (11)
- 一方の面に反射面が形成される可撓性の薄膜と、該薄膜の他方の面に間隔をおいて対向して配置された電極とを備え、前記薄膜と前記電極との間に印加される電圧を制御することにより、前記反射面の断面形状を可変とする形状可変ミラーであって、前記反射面の断面形状は、前記電極および前記薄膜間が等電位にある状態で、前記電極の側と反対側の方向へ凸状の曲面であることを特徴とする形状可変ミラー。
- 前記電極は複数の電極部材を有し、前記各電極部材の前記薄膜に対するそれぞれの電圧値を個々に制御可能である請求項１記載の形状可変ミラー。
- 前記薄膜はシリコンを主材料として形成されている請求項１記載の形状可変ミラー。
- 前記薄膜は、該薄膜の前記両面にほぼ等しい圧力が作用する状態で前記反射面が凸面形状を呈するように、全体にわん曲して形成されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
- 前記薄膜には、前記反射面に凸状形状を与えるべく前記薄膜に撓み変形を与えるための歪み導入層が形成されている請求項３または４記載の形状可変ミラー。
- 前記歪み導入層はシリコン窒化膜からなる請求項５記載の形状可変ミラー。
- 前記薄膜の前記反射面は大気に晒され、前記薄膜の前記他方の面は前記電極を配置するための空気室に面し、該空気室には通気口を経て大気が導入される請求項１ないし６のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
- 前記反射面に凸面形状を付与すべく前記薄膜に所定の圧力を作用させるための圧力付与手段が設けられている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
- 前記圧力付与手段は、前記反射面に圧力を及ぼす密閉された第１の空気室と、前記電極が配置され前記他方の面に圧力を及ぼす密閉された第２の空気室とを有し、前記第２の空気室の圧力は前記第１の空気室のそれより高く、当該圧力差により前記薄膜の前記反射面は凸面形状を付与されている請求項８記載の形状可変ミラー。
- 前記第１および第２の空気室の少なくとも一方には、該空気室内の圧力を可変とするための圧力調整手段が設けられている請求項９記載の形状可変ミラー。
- 前記圧力調整手段は、前記空気室内の容量を可変とすべく、該空気室内を区画する壁体に当該空気室に連通して形成されたねじ孔に、進退可能にかつ気密的に螺合する雄ねじ部材を有する請求項１０記載の形状可変ミラー。
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