JP2007248827A - 可変形状鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】反射面の複数位置の変形量を同時に検出できる可変形状鏡を提供すること。
【解決手段】反射面１０１及びＣＯＭ電極１１０が形成された変形部１４０と、変形部１４０を固定する固定部１０４と、ＣＯＭ電極１１０に対向して設けられた複数の駆動兼センサ電極１０５ａ等を有し、ＣＯＭ電極１１０と駆動兼センサ電極１０５ａ等との間に電位差を印加することで変形部１４０を駆動する駆動兼センサ電極１０５ａ等（駆動力発生手段）と、ＣＯＭ電極１１０と駆動兼センサ電極１０５ａ等との間の複数の容量を各々同時に検出する容量検出回路１２２を有する
【選択図】 図２

Description

本発明は、静電力を用いて反射面形状を制御する可変形状鏡に関するものである。

従来、静電力により反射面の形状を変えるＭＥＭＳ技術を用いた可変形状鏡が注目されている。反射面の変形を高精度に制御するには、その変形形状を測定することが必要になる。反射面形状を測定する方法としては、例えば、特許文献１に提案されているように静電容量の変化を測定して変形形状を知る方法がある。

図１９は、従来例の可変形状鏡の構成を示している。従来例の可変形状鏡は、圧電制御基板１と上部基板５とから構成されている。上部基板５には、静電引力によって変形する反射面と上部電極６とを有する可撓性薄膜８が形成されている。

圧電制御基板１には、可撓性薄膜８に対向して配置された制御用と容量検出用とを兼ねた制御電極２と、電圧制御回路３とが形成されている。また、これらの基板には、それぞれ外部リード電極４、７が形成されている。

反射面は、上部電極６と制御電極２との間に電圧を印加することで発生する静電駆動力によって変形する。その変形量は、上部電極６と制御電極２との間の容量を測定することにより算出できる構成である。

検出回路構成としては、図２０に示されるような構成が提案されている。制御電極２に抵抗を介して高電圧１０ａを印加する。静電容量検出電極２’に高周波電圧１０ｂが印加されると制御電極２の電位が変化する。この変化が上部電極６を通して静電容量検出回路６Ａで電流変化としてモニターされる。この電流の位相及び振幅により、静電容量の変化、即ち反射面の変位が検出される。

従来例のような静電駆動型の可変形状鏡では、反射面形状を自由に変えられるように、１つの上部電極６に対して制御電極２を複数に分割する構成も考えられている。この場合には、複数の制御電極２について、それぞれの容量を順次測定する。そして、対応する反射面の形状を順次求める方法が示されている。

特開２００２―２２８８１３号公報

しかしながら、上述したような、複数の制御電極を有する構成の可変形状鏡では、各制御電極ごとの容量を順次測定して反射面形状を求めなければならない。このため、処理に時間がかかってしまう場合もある。また、反射面の複数位置の変形量を時間連続的、特に同時に求めることは困難であるが、反射面の形状を高速に変形させるときには重要となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、反射面の複数位置の変形量を同時に検出できる可変形状鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、反射面及び第１の電極が形成された変形部と、変形部を固定する固定部と、第１の電極に対向して設けられた複数の第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極間とに電位差を印加することで変形部を駆動する駆動力発生手段と、第１の電極と第２の電極間の複数の容量を各々同時に検出する容量検出手段を有することを特徴とする可変形状鏡を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、容量検出手段は、容量検出手段の動作に必要な異なった識別因子を有する参照信号を、第２の電極に個別に印加する参照信号印加手段と、複数の参照信号を用いて、第１の電極及び複数の第２の電極間の容量を重畳した全容量検出信号を検出するための、第１の電極に接続された容量検出手段と、全容量検出信号を識別因子に基づいて個々の第２の電極に対応する容量検出信号に分離する検出信号分離手段を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、識別因子は周波数であり、検出信号分離手段は周波数に基づいて信号を分離することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、識別因子は位相であり、検出信号分離手段は位相に基づいて信号を分離することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、容量検出手段は、容量検出手段の動作に必要な参照信号を、第１の電極に印加する参照信号生成手段と、個々の第２の電極に接続された、第１の電極と第２の電極間の容量を検出する容量検出回路からなることが望ましい。

本発明に係る可変形状鏡は、反射面の複数位置の変形量を同時に検出できるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る可変形状鏡の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施例１に係る可変形状鏡１００について説明する。図１は、可変形状鏡１００の上面図を示している。図２は、図１に示すＡ−Ａ’位置での断面図を示している。図３は、可変形状鏡１００の電極基板１０７を説明する図である。図４は、可変形状鏡１００のミラー基板１１１を説明する図である。図３、４に示すように可変形状鏡１００は電極基板１０７とミラー基板１１１とに分けることができる。

図３に示すように、電極基板１０７には、分割された５つの駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅが配置されている。駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅは、引出し電極１０３a、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅのそれぞれに対して配線によって電気的に接続される。

本実施例では、駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅが第２の電極に相当する。引出し電極１０３ａ〜１０３ｅから外部への電気接続は、図示していないが通常ワイヤボンディングによって行われる。

図２に示すように、電極基板１０７とミラー基板１１１とは、スペーサ１０６を介して固定される。このとき、駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅに対向する位置と、ミラー基板１１１に形成された変形部１４０の位置とが一致するように固定される。

ミラー基板１１１は、支持部と変形部１４０とからなる。支持部は、変形部１４０を支持する。同時に、支持部は、ミラー基板１１１を、電極基板１０７にスペーサ１０６を介して固定するときの固定部１０４として用いられる。

また、図４に示すように、ミラー基板１１１の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅに対向する面には、金属などの導電性材料が全面に形成され、ＣＯＭ電極１１０として用いられる。ＣＯＭ電極１１０は、第１の電極に相当する。

ＣＯＭ電極１１０の形成された面を裏面としたとき、ミラー基板１１１の表面には、変形部１４０上に金属等を成膜した反射面１０１が形成されている。成膜される材料は可変形状鏡１００の仕様によって異なる。例えば、好適には、アルミニウム、金、誘電体多層膜を用いることができる。アルミニウムなど酸化性のある金属の場合は、さらにシリコン酸化物などで表面をコーティングすることが望ましい。

また、スペーサ１０６は、電極基板１０７とミラー基板１１１との間隔を確保しながら固定するために用いられる。スペーサ１０６の材料は、ガラス、シリコン基板といった無機物材料や金属等を用いることができる。その他に、電極基板１０７とミラー基板１１１との間隔を確保するため、ビーズを含む有機接着剤を用いることもできる。

ミラー基板１１１に形成したＣＯＭ電極１１０を、電極基板１０７上に形成したＣＯＭ用引出し電極１０２（図１参照）に電気的に接続する。そのために、ミラー基板１１１の支持体上のＣＯＭ電極１１０の一部を接続部とする。そして、その接続部を、ミラー基板１１１を固定するとき、電極基板１０７上に形成された電気接続用導電材１３０（図２、図３参照）に電気的に接続させる。電気的接続は、金属の圧接によって接続させても良いし、導電性ペースト等で接続させても良い。この結果、ミラー基板上のＣＯＭ電極１１０と電極基板１０７上のＣＯＭ用引出し電極１０２とは、電気的に接続される。

本実施例の可変形状鏡１００は、静電力によって変形部１４０上の反射面１０１を変形させる静電駆動方式を採用している。静電力は、ＣＯＭ電極１１０と駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅとの間に電位差を与えることによって発生させることができる。静電力は引力を発生させるため、反射面１０１は、変形部１４０と共に電極基板１０７側に変形する。

スペーサ１０６の高さによって定まる電極基板１０７とミラー基板１１１との間隔は、反射面１０１の最大変形量から決定することができる。一般的に、最大変形量の約３倍以上の基板間隔が望ましい。

反射面１０１の変形は、ＣＯＭ電極１１０をＧＮＤとして電圧を印加する際に、分割配置されている複数の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅのうちのどの電極に電圧を印加するか、どの程度の電圧を印加するかを考慮することで制御することができる。

例えば、図５に示すように、複数の電極のうち中央に配置された駆動兼センサ電極１０５ｃに駆動信号発生器１１２ｃによって電圧を印加する場合について考える。この場合には、図６の上面構成図、及び図７の断面構成図に示すように、反射面１０１の中心領域が大きく変形する形状を作ることができる。

また、図８に示すように、図中において左上部分に配置された駆動兼センサ電極１０５ａに駆動信号発生器１１２ａによって電圧を印加する場合を考える。この場合には、図９の上面構成図、及び図１０の断面構成図に示すように、反射面１０１のうちの駆動兼センサ電極１０５ａに対向する領域が大きく変形する形状となる。

さらに図示はしないが、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅに印加する電圧量をそれぞれ変えることにより、反射面１０１は複雑な凹形状を作ることができる。なお、例えば、駆動信号発生器１１２ａと、駆動兼センサ電極１０５ａと、ＣＯＭ電極１１０とが駆動力発生手段に対応する。さらに、駆動信号発生器１１２ｄ等は図示しないが、駆動兼センサ電極１０５ｂ〜１０５ｅにおける駆動力発生手段との対応関係も同様である。

次に、可変形状鏡１００の反射面形状のセンシング手順について説明する。駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅは、任意の数を配置することが可能だが、ここでは、説明を簡単にするため２つの駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂを有する可変形状鏡ユニット１５０を例に説明する。

以下の説明においては、適宜、駆動兼センサ電極１０５ａを用いて駆動する場合を例に説明を行う。なお、駆動兼センサ電極１０５ｂに対しても、対応する駆動信号発生器１１２ｂと参照信号発生器１２０ｂと信号重畳器１２１ｂとが、後述する駆動兼センサ電極１０５ａと同一の構成で接続されている。

変形部１４０は、上述したように、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂとＣＯＭ電極１１０との間に静電力を発生させることで変形する。このとき、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂとＣＯＭ電極１１０との間の間隔（以下、適宜「静電ギャップ１０８」という。図２参照。）は、減少する。

このことを図１１に示すような等価回路として考えると、静電ギャップ１０８の減少に応じて、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂとＣＯＭ電極１１０との間の静電容量Ｃａ、Ｃｂが増加することに相当する。

例えば、反射面１０１の異なる２箇所の位置で、それぞれが異なる変形をするとき、２つの独立した静電容量において、それぞれの電極間隔変化に対応した容量変化が発生する。これら静電容量値を測定することで、各変形量に対応する静電ギャップ１０８を検出できる。従って、静電容量値を測定すれば、反射面１０１の変形形状を検出することが可能になる。

本実施例において、上述の静電容量を検出するための回路構成について説明する。図１２は、可変形状鏡ユニット１５０の等価回路に対して、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂとＣＯＭ電極１１０との間の容量を検出する回路のブロック図を示している。図中、ＣＯＭ電極１１０は共通であり、結線されている。また、可変形状鏡ユニット１５０の等価回路は、ＣＯＭ電極１１０を図中の下にして示している。

図１２において、可変形状鏡ユニット１５０は、ＣＯＭ電極１１０に対して、駆動信号発生器１１２ａからの駆動信号（電圧）を駆動兼センサ電極１０５ａに印加することで駆動される。駆動兼センサ電極１０５ａには、さらに駆動兼センサ電極１０５ａとＣＯＭ電極１１０との間の容量を検出するための参照信号が印加される。

駆動信号発生器１１２ａと参照信号発生器１２０ａとは、信号重畳器１２１ａに接続される。駆動信号と参照信号とは信号重畳器１２１ａで重畳され、可変形状鏡ユニット１５０の駆動兼センサ電極１０５ａに印加される。

参照信号は、周期性を有する信号である。ここでは、正弦波を用いた場合について説明する。しかしながら、これに限られず、矩形波、三角波、さらに周期性の任意波形を用いることもできる。

静電容量値は、上述の参照信号を静電容量に印加して静電容量のインピーダンスを検出すること、又は静電容量にチャージされた電荷を検出することで検出できる。ここで、参照信号は、静電容量値の検出に使用されるだけでなく、駆動力を発生する。従って、参照信号の周波数は、変形部１４０の駆動帯域よりも十分高くする必要がある。また、参照信号の周波数は、変形部１４０の高次共振周波数を避けて設定されることが望ましい。

それぞれの駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに印加される参照信号は、それぞれ固有の特徴、即ち識別因子が与えられている。例えば、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応する参照信号Ｓａ、Ｓｂは、図１３に示すように信号の周波数が異なるようなもの、又は図１４に示すように信号の位相が異なるものを用いることができる。

参照信号Ｓａ、Ｓｂそれぞれに与えられた固有な特徴（識別因子）は、静電容量を検出する際に、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂの特定するために用いられる。

駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに、それぞれ印加された参照信号Ｓａ、Ｓｂは、駆動兼センサ電極１０５a、１０５ｂとＣＯＭ電極１１０との間の容量に基づいて変化し、ＣＯＭ電極１１０に出力される。このとき、ＣＯＭ電極１１０より出力される信号は、参照信号Ｓａ、Ｓｂに基づくそれぞれの信号が重畳されたものである。

容量検出回路１２２は、ＣＯＭ電極１１０から出力された信号を駆動兼センサ電極１０５a、１０５ｂの容量を重畳した全容量検出信号１２３に変換し、出力する。その後、検出信号分離器１２４によって駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ応じた容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂに分離される。

次に、信号重畳器１２１ａと、容量検出回路１２２と、検出信号分離器１２４とについて、それぞれ説明する。

（信号重畳器）
信号重畳器１２１ａは、駆動信号発生器１１２ａと参照信号発生器１２０ａと駆動兼センサ電極１０５ａとに接続されている。信号重畳器１２１ａは、駆動信号と参照信号を重畳して駆動兼センサ電極１０５ａに印加する機能を有する。

図１５は、信号重畳器１２１ａの構成の一例である。信号重畳器１２１ａは、結合抵抗ＣＲａと結合容量ＣＣａとで構成されている。駆動信号発生器１１２ａは、結合抵抗ＣＲａを介して駆動兼センサ電極１０５ａへ接続されている。参照信号発生器１２０ａは、結合容量ＣＣａを介して駆動兼センサ電極１０５ａへ接続される。

駆動信号発生器１１２ａが生成する駆動信号の帯域である低周波領域では、結合容量ＣＣａは、略開放とみなすことができる。このため、駆動信号発生器１１２ａが生成する駆動信号は、駆動兼センサ電極１０５ａへ印加される。

また、参照信号発生器１２０ａが生成する参照信号の帯域である高周波領域では、結合抵抗ＣＲａの抵抗値に比べて結合容量ＣＣａのインピーダンスが十分低くなる。このため、参照信号発生器１２０ａが生成する参照信号は、駆動兼センサ電極１０５ａへ印加される。

以上をまとめて全周波数帯域について考えると、低周波数の駆動信号と高周波数の参照信号とが重畳されて駆動兼センサ電極１０５ａへ印加されている事と等価となる。本実施例では、参照信号の周波数が駆動信号の周波数よりも十分高い事を利用し、図１５に示すような結合抵抗ＣＲａと結合容量ＣＣａとで構成された回路を用いる。これにより、高耐圧の増幅器などを用いることなく、容易に高電圧の印加と静電容量の検出を同一の電極に対して行うことができる。

（容量検出回路）
図１６は、容量検出回路１２２及び検出信号分離器１２４の構成例を示している。容量検出回路１２２は、ＣＯＭ電極１１０より出力された電流値を検出する回路である。例えば、差動増幅器と抵抗とで構成されている。

容量検出回路１２２は、ＣＯＭ電極１１０の出力する信号を入力し、全容量検出信号１２３を出力する。全容量検出信号１２３は、検出信号分離器１２４に入力される。検出信号分離器１２４は、容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを出力する。

（信号検出分離器）
検出信号分離器１２４は、例えば、参照信号Ｓａ、Ｓｂの固有の特徴（識別因子）を周波数とした場合、図１６で示すように、異なる通過帯域周波数を有する２つのバンドパスフィルタＢＰＦａ、ＢＰＦｂで構成することができる。

また、バンドパスフィルタＢＰＦａの通過中心周波数（ｆｃ）をｆａ、バンドパスフィルタＢＰＦｂの通過中心周波数（ｆｃ）をｆｂとそれぞれ設定する。さらに、図１２で示す参照信号発生器１２０ａが発生する信号を周波数ｆａの正弦波とする。参照信号発生器１２０ｂが発生する信号を周波数ｆｂの正弦波とする。

図１２に示す容量検出回路１２２から出力される全容量検出信号１２３は、周波数ｆａの信号と、周波数ｆｂの信号とが重畳した信号である。検出信号分離器１２４のうちのバンドパスフィルタＢＰＦａは、全容量検出信号１２３から周波数ｆａの成分のみを取り出す。これにより、駆動兼センサ電極１０５ａとＣＯＭ電極１１０との間の静電容量値に基づいて変化する容量検出信号ＶＯａが出力される。

同様にして、検出信号分離器１２４のバンドパスフィルタＢＰＦｂからは、駆動兼センサ電極１０５ｂとＣＯＭ電極１１０間の静電容量値に基づいて変化する容量検出信号ＶＯｂが出力される。

本実施例の構成によれば、検出信号分離器１２４からの容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを同時に検出することが可能である。このため、短時間、特に同時に複数の駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応した容量検出信号を得ることができる。

容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂは、それぞれ各駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対向する位置の変形部の変形量を示している。各容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを総合することにより、各駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対向する位置の変形形状を検出できる。即ち、反射面１０１形状を知ることができる。

また、各駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応する複数の容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを時間連続的に、特に同時に検出できる。即ち、反射面１０１の異なる位置の変形形状を同時に検出することが可能になる。従って、反射面１０１の異なる位置の変形形状を時間連続的に、特に同時にモニターする手段として利用することもできる。また、容量検出信号ＶＯａ等を用いて、反射面１０１の変形形状を制御することも可能になる。

このように、本実施例では、上述したように複数の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅ（第２の電極）のそれぞれに対して、個々の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅを識別できる固有の周波数や位相を有する参照信号を印加する。そして、ＣＯＭ電極１１０（第１の電極）と、駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅとの間に生じる静電容量の値を検出して容量検出信号を生成する。

駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅから出力された容量検出信号は、複数の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅ全ての容量検出信号が重畳されている。次に、検出信号分離器１２４（検出信号分離手段）に、重畳された容量検出信号を通す。これにより、個々の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅに対応した容量検出信号を得ることができる。

この構成により、個々の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅに固有の参照信号を用いることで、重畳されて求められる容量検出信号から検出信号分離器１２４によって同時に個々の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅに対応する容量検出信号を求めることができる。そのため、時間連続的に、特に同時に個々の駆動兼センサ電極１０５ａ〜１０５ｅに対応した容量を測定することができる。この結果、それぞれの容量信号に基づいて複数位置の反射面形状を同時に求めることができる。

次に、本発明の実施例２に係る可変形状鏡について説明する。図１７は、本実施例に係る可変形状鏡の容量検出のための回路示すブロック図である。可変形状鏡の構成と、作用並びに可変形状鏡に対応する等価回路の考え方については、上述の実施例１において、図１から図１１を用いて説明した内容と同一である。このため、同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

また、実施例１と同様に、回路ブロック図は、２つの駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂを備えるものを例に説明する。ここで、駆動兼センサ電極１０５ｂに対しても、対応する駆動信号発生器１１２ｂと参照信号発生器１２０と出力信号分離器２０１ｂとが、後述する駆動兼センサ電極１０５ａに関する回路と同一の構成で接続されている。このため、以下の説明においては、適宜、駆動兼センサ電極１０５ａを用いて駆動する場合を例に説明を行う。

図１７において、可変形状鏡ユニット１５０は、駆動信号発生器１１２ａが生成した駆動信号（電圧）を駆動兼センサ電極１０５ａに印加することによって駆動される。また、ＣＯＭ電極１１０には、参照信号を生成する参照信号発生器１２０が接続されている。

参照信号は、実施例１と同様に周期性を有する信号である。本実施例では、正弦波を用いた場合について説明する。しかしながら、これに限られず、矩形波、三角波、さらに周期性の任意波形を用いる場合が考えられる。参照信号の周波数帯域については、実施例１において説明した帯域と同様である。

容量検出回路１２２ａと駆動信号発生器１１２ａとは、出力信号分離器２０１ａを介して駆動兼センサ電極１０５ａに接続されている。参照信号は、ＣＯＭ電極１１０と駆動兼センサ電極１０５ａとの間の容量変化に基づいて変化した出力信号となり、容量検出回路１２２ａに入力される。容量検出回路１２２ａは、この出力信号を容量信号に変換する。駆動信号発生器１１２ａは、駆動兼センサ電極１０５ａに印加する駆動信号（電圧）を生成する。出力信号分離器２０１ａは、出力信号と駆動信号を分離する。

この構成により、出力信号分離器２０１ａによって、出力信号は容量検出回路１２２ａに伝達されると共に駆動信号が駆動兼センサ電極１０５ａに伝達される。

この検出構成では、実施例１と異なり、参照信号は１つだけである。ＣＯＭ電極１１０からの参照信号は、駆動兼センサ電極１０５a、１０５ｂとＣＯＭ電極１１０との間の容量変化に応じて変化する。容量変化に対応して変化した出力信号ａ、ｂが、駆動兼センサ電極１０５a、１０５ｂにそれぞれ発生する。

出力信号ａ、ｂは、それぞれ出力信号分離器２０１ａ、２０１ｂを介して対応する容量検出回路１２２ａ、１２２ｂに導かれる。容量検出回路１２２ａ、１２２ｂは、出力信号ａ、ｂに応じた容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを出力する。このようにして、１つの参照信号だけで、複数の駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂのそれぞれの変位に応じた複数の容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを得ることができる。

従って、容量検出回路１２２ａ、１２２ｂからの容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを同時に検出することが可能である。このため、実時間で複数の駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応した容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを得ることができる。

容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂは、それぞれ各駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対向する位置の変形部の変形量を示している。各容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを総合することにより、各駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対向する位置の変形形状が明らかになる。即ち、反射面１０１形状を知ることができる。

また、各駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応する複数の容量検出信号ＶＯａ、ＶＯｂを時間連続的、特に同時に検出、すなわち、反射面１０１の異なる位置の変形形状を同時に検出することが可能になる。従って、反射面１０１の異なる位置の変形形状を時間連続的、特に同時にモニターする手段として利用することもできる。また、容量検出信号ＶＯａ等を用いて、反射面１０１の変形形状を制御することも可能になる。

この方式は、実施例１と比べて、１つの可変形状鏡ユニット１５０に対して参照信号発生器１２０を１つ備えるだけで良い。さらに、検出信号分離器１２４は、必要なくなる。このため、実施例１と同様の効果に加えて、さらに検出回路の構成を単純化できる点で有利である。

次に、本実施例における容量検出回路と出力信号分離器について説明する。

容量検出回路１２２ａは、実施例１の構成と同様なので、重複する説明を省略する。次に出力信号分離器２０１ａについて詳細を説明する。図１８は、出力信号分離器２０１ａの概略構成を示している。出力信号分離器２０１ａは、結合抵抗ＣＲａと結合容量ＣＣａとで構成されている。

出力信号分離器２０１ａは、駆動信号発生器１１２ａと容量検出回路１２２ａとに接続される。出力信号分離器２０１ａは、駆動信号Ｖｄｒｖａを印加しながら、駆動兼センサ電極１０５ａから出力される出力信号ａを分離する働きを有している。

駆動信号発生器１１２ａは、結合抵抗ＣＲａを介して駆動兼センサ電極１０５ａへ接続されている。また、容量検出回路１２２ａは結合容量ＣＣａを介して駆動兼センサ電極１０５ａへ接続されている。

駆動信号発生器１１２ａが生成する駆動信号Ｖｄｒｖａが存在する低周波数領域では、結合容量ＣＣａは略開放とみなすことができる。このため、駆動信号Ｖｄｒｖａは、容量検出回路１２２ａには印加されず駆動兼センサ電極１０５ａヘ印加される。

また、駆動兼センサ電極１０５ａからの出力信号は、参照信号と同じ周波数帯域の電流信号である。その周波数は、駆動信号Ｖｄｒｖａの周波数に比べて高い。参照信号発生器１２０が生成する参照信号が存在する高周波数領域では、結合抵抗ＣＲａの抵抗値に比べて結合容量ＣＣａのインピーダンスが十分低くなる。出力信号である電流信号は、結合容量ＣＣａを経由して容量検出回路１２２ｂへ入力される。

以上をまとめて全周波数帯域について考えると、低周波数の駆動信号Ｖｄｒｖａは、容量検出回路１２２ａに印加されることなく駆動兼センサ電極１０５ａへ印加される。また、駆動兼センサ電極１０５ａより出力される電流信号は、容量検出回路１２２ａに入力される。

このように、参照信号の周波数が駆動信号Ｖｄｒｖａの周波数よりも十分高いことを利用し、図１８に示すような結合抵抗ＣＲａと結合容量ＣＣａとで構成される回路を用いる。これにより、高耐圧の増幅器などを用いることなく、容易に高電圧の印加と静電容量の検出を同一の電極に対して行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施例では、一つの参照信号をＣＯＭ電極１１０（第１の電極）に印加する。そして、ＣＯＭ電極と駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂ（第２の電極）との間の容量を、個々の駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂそれぞれに設けられた容量検出回路１２２ａ、１２２ｂによって検出する。

この構成によれば、駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂそれぞれに容量検出回路１２２ａ、１２２ｂを接続するだけで、直接、個々の駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応した容量検出信号を同時に得ることができる。このため、回路構成が単純であり、かつ時間連続的、特に同時に個々の駆動兼センサ電極１０５ａ、１０５ｂに対応した容量を測定することができる。この結果、それぞれの容量信号に基づいて複数位置の反射面形状を同時に求めることができる。

なお、各実施例において、駆動兼センサ電極の数、即ち反射面を独立して変形駆動させる複数の領域の数量は、上述したものに限られず、複数であれば任意の数量で良い。駆動兼センサ電極の数が多くなるほど、本発明の効果が顕著になることは言うまでもない。また、各実施例において、容量検出器から出力される容量検出信号を、駆動信号発生器を含む駆動系にフィードバックすることにより、反射面形状を高精度に制御することができる。このとき、容量検出信号の比較対象となる容量目標信号は、フィードバックループ外から入力される信号であるとともに、容量検出信号の非線形性に基づく補償処理を施した後の信号とすることが好ましい。これにより、非線形補償処理を全く行わない構成よりも、制御の追従性が向上するのはもちろん、非線形補償処理をフィードバックループ内で行う構成と比較しても、非線形補償処理に係る諸パラメータの変更・追加等を、より高い自由度の下に行うことが可能となる。なお、このような非線形補償処理は、駆動兼センサ電極の数・形状等に依拠することなく適用可能であることは言うまでもない。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明に係る可変形状鏡は、複数の制御電極を有する構成の可変形状鏡に有用であり、特に、反射面の複数位置の変形形状を同時に測定、制御するものに適している。

本発明の実施例１の可変形状鏡の上面図である。 実施例１の可変形状鏡の断面図である。 実施例１の可変形状鏡の電極基板を説明する図である。 実施例１の可変形状鏡のミラー基板を説明する図である。 実施例１の中心部分の電極を駆動する構成を示す図である。 中心部分の電極を駆動したときの反射面の変形を示す上面図である。 中心部分の電極を駆動したときの反射面の変形を示す断面図である。 実施例１の他の電極を駆動する構成を示す図である。 他の電極を駆動したときの反射面の変形を示す図である。 他の電極を駆動したときの反射面の変形を示す断面図である。 可変形状鏡の等価回路を示す図である。 実施例１の容量検出回路を説明するブロック図である。 参照信号を示す図である。 参照信号を示す他の図である。 信号重畳器の概略構成を示す図である。 容量検出回路と検出信号分離器の概略構成を示す図である。 実施例２の容量検出回路を説明するブロック図である。 出力信号分離器と容量検出回路の概略構成を示す図である。 従来例の可変形状鏡の構成を示す図である。 従来例の可変器状鏡の容量検出回路の構成を示す図である。

符号の説明

１００ 可変形状鏡
１０１ 反射面
１０２ ＣＯＭ用引出し電極
１０３ａ〜１０３ｅ 駆動兼センサ用引出し電極
１０４ 固定部
１０５ａ〜１０５ｅ 駆動兼センサ電極
１０６ スペーサ
１０７ 電極基板
１０８ 静電ギャップ
１０９ 導電材用接続部
１１０ ＣＯＭ電極
１１１ ミラー基板
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ 駆動信号発生器
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 参照信号発生器
１２１ａ、１２１ｂ 信号重畳器
１２２、１２２ａ、１２２ｂ 容量検出回路
１２３ 全容量検出信号
１２４ 検出信号分離器
１３０ 電気接続用導電材
１４０ 変形部
１５０ 可変形状鏡ユニット
２０１ａ、２０１ｂ 出力信号分離器
１ 圧電制御基板
２ 圧電制御電極
２’ 静電容量検出電極
３ 電圧制御回路
４、７ 外部リード電極
５ 上部基板
６ 反射面兼上部電極
８ 可撓性薄膜
１０ａ 定電圧
１０ｂ 高周波電源

Claims (5)

1. 反射面及び第１の電極が形成された変形部と、
   前記変形部を固定する固定部と、
   前記第１の電極に対向して設けられた複数の第２の電極を有し、
   第１の電極と前記第２の電極間とに電位差を印加することで変形部を駆動する駆動力発生手段と、
   前記第１の電極と前記第２の電極間の複数の容量を各々同時に検出する容量検出手段を有することを特徴とする可変形状鏡。
2. 前記容量検出手段は、
   前記容量検出手段の動作に必要な異なった識別因子を有する参照信号を、前記第２の電極に個別に印加する参照信号印加手段と、
   複数の前記参照信号を用いて、前記第１の電極及び複数の前記第２の電極間の容量を重畳した全容量検出信号を検出するための、前記第１の電極に接続された容量検出手段と、
   前記全容量検出信号を識別因子に基づいて個々の前記第２の電極に対応する容量検出信号に分離する検出信号分離手段を有することを特徴とする請求項１に記載の可変形状鏡。
3. 前記識別因子は周波数であり、
   前記検出信号分離手段は周波数に基づいて信号を分離することを特徴とする請求項２に記載の可変形状鏡。
4. 前記識別因子は位相であり、
   前記検出信号分離手段は位相に基づいて信号を分離することを特徴とする請求項２に記載の可変形状鏡。
5. 前記容量検出手段は、
   前記容量検出手段の動作に必要な参照信号を、前記第１の電極に印加する参照信号生成手段と、
   個々の前記第２の電極に接続された、前記第１の電極と前記第２の電極間の容量を検出する容量検出回路からなることを特徴とする請求項１に記載の可変形状鏡。

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