JP2008151848A - 可変形状ミラー装置および眼底観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】「発生力（荷重）−たわみ特性」のバラツキを改善することを可能にする。
【解決手段】基板１１と、この基板上に設けられた複数の電極１２と、基板上に固定配置されたスペーサ１３と、このスペーサ上に固定配置され、基板に対向する側の面から基板に対向する面と反対側の面に貫通する開口を中央に有する支持部材１８と、この支持部材の基板に対向する側の面の、開口の周辺に設けられた第１絶縁膜１４と、複数の電極に対向するように所定の間隔を持って配置されるとともに開口を覆うように形成され第１絶縁膜を介して支持部材に支持される変形可能な電極膜１５とを備え、電極膜は、複数の電極と反対側の面に反射部１６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変形状ミラー装置および眼底観察装置に関する。

一般に、眼底観察装置は、被検眼の眼底を観察するために、照明光を上記被検眼の眼底に照射し、眼底画像形成用光学系を通して、上記被検眼の眼底の像を受光・検出する撮像デバイス（例えば、ＣＣＤカメラ）を備えた装置である。眼に関する病気の検知、予防の為には、出来るだけ検出精度・分解能が高いことが望ましい。しかし、眼球は収差が無い理想的なレンズではないため、検出精度・分解能を低下させる要因となる波面収差を持つ。

そこで、眼底の像を検出する撮像デバイスと被検眼の眼底との間に、コントローラからの情報により、その表面形状を変化させることが可能な可変形状ミラーが設けられる。この可変形状ミラーを介した被検眼の眼底からの像を波面センサ（例えば、シャックハルトマンセンサ）に導き、波面収差を検出する。この検出された波面収差に基づいて、波面収差を低減または無くするように、制御装置から、可変形状ミラーに対し、変位量を指示する。この指示によって、可変形状ミラーの形状が変形し、波面収差のない像が撮像デバイスで得られる。

静電吸引力により形状が変化する可変形状ミラーは知られている（例えば、特許文献１の図２参照）。この特許文献１の図２に記載の可変形状ミラーは、絶縁性基板１１上に固定電極膜１２を形成し、この固定電極膜１２上に中央に開口を有するスペーサ部１８を形成し、上記開口を覆うようにスペーサ部１８上に、反射膜１７、可動電極膜１６およびＳｉＯ_２の絶縁膜１４を積層し、この積層膜上に中央に開口を有するシリコン基板１３を形成した構成となっている。したがって、反射膜１７、可動電極膜１６およびＳｉＯ_２の絶縁膜１４からなる積層膜は、スペーサ部１８およびシリコン基板１３によって周辺が固定され、固定電極１２と可動電極膜１６との間の静電力により中央部が変形するメンブレン部となるように構成されている。
特開平２−１０１４０２号公報

メンブレン部においては、所定の電圧を固定電極と可動電極間に印加した際の、「発生力（荷重）−たわみ特性」は、出来るだけ、面内で均一かつ対称であって、可変形状ミラーの製造によるバラツキが少ないことが望ましい。これは、バラツキが存在すると、個々の特性に応じて、調整作業を実施する必要があるためである。

また、「発生力（荷重）−たわみ特性」が、メンブレン部が硬くなる方向に行く特性を備えた場合、同じ変位を生じさせるのにより大きな電圧値を必要とし、可変形状ミラーの駆動回路、周辺回路の実現性および実用性に対する阻害要因となりうる。

「発生力（荷重）−たわみ特性」は、様々な要因により影響を受けるが、可変形状ミラーにおいては、材料として用いている物質の線膨張係数の差異により、生じせしめられる、薄膜内等に残る残留応力が大きな影響を及ぼす。また、「発生力（荷重）−たわみ特性」は、メンブレン部に用いている部材の材料特性（ヤング率、ポアソン比等）と、形状に関する特性（断面２次モーメント）等により定まる曲げ剛性と、メンブレン部の周辺を固定または支持している部位での境界条件によって決定される。薄膜内等に残る残留応力は、上記境界条件に影響を及ぼす。

特許文献１に記載の可変形状ミラーにおいては、メンブレン部は、反射膜を除けば可動電極膜１６およびＳｉＯ_２の絶縁膜１４からなる積層膜となっていて、かつスペーサ部１８およびシリコン基板１３によって周辺が固定されている構成となっている。このため、メンブレン部を固定している部位の撓みによる固定点での境界条件への影響、およびメンブレン部に積層されている可動電極膜１６および絶縁膜１４の内部に存在する残留応力の影響により、メンブレン部の「発生力（荷重）−たわみ特性」はバラツイたり、面内での異方性（不均一性）を有する。なお、上記撓みは、構成している膜の線膨張係数の差異等により発生し、上記残留応力は製膜時のプロセス種類、手順によって残留応力の大きさ、方向（引っ張り／圧縮）が影響を受ける。

また、残留応力・境界条件が「発生力（荷重）−たわみ特性」に与える影響度合いは非常に大きく、残留応力や境界条件の微小な差異が出力結果（メンブレンのたわみ量）に大きな差異を生じさせる。このため、メンブレン部の構造および基板表面に設ける電極配置・形状の設計作業を複雑としている。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、「発生力（荷重）−たわみ特性」のバラツキを改善することのできる可変形状ミラー装置およびこのミラーを有する眼底観察装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による可変形状ミラー装置は、基板と、この基板上に設けられた複数の電極と、前記基板上に固定配置されたスペーサと、このスペーサ上に固定配置され、前記基板に対向する側の面から前記基板に対向する側の面と反対側の面に貫通する開口を中央に有する支持部材と、この支持部材の前記基板に対向する側の面の、前記開口の周辺に設けられた第１絶縁膜と、前記複数の電極に対向するように所定の間隔を持って配置されるとともに前記開口を覆うように形成され前記第１絶縁膜を介して前記支持部材に支持される変形可能な電極膜とを備え、前記電極膜は、前記複数の電極と反対側の面に反射部を有することを特徴とする。

また、本発明の第２の態様による眼底観察装置は、被検眼の眼底を観察するための照明光を前記眼底に照射する眼底照明系と、上記記載の可変形状ミラー装置を有し、与えられた補正量に従って前記可変形状ミラー装置の形状を変化させることにより前記眼底照明系の照明光による前記眼底から反射像を補正する補償光学部と、前記補償光学部によって補正された前記眼底の像を受光し、眼底画像を形成する眼底画像形成用光学系と、前記眼底画像形成光学系で形成された前記眼底画像を受光する眼底画像受光部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、「発生力（荷重）−たわみ特性」のバラツキを改善することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による可変形状ミラー装置を図１（ａ）、１（ｂ）に示す。図１（ａ）は本実施形態の可変形状ミラー装置の平面図、図１（ｂ）は本実施形態の可変形状ミラー装置の断面図である。

本実施形態の可変形状ミラー装置１０は、例えばプリント基板１１上の中央部に複数の電極１２が設けられている。また、中央に開口を有する支持部材１８がプリント基板１１上に配置されたスペーサ１３を介してプリン基板１１上に設けられている。この支持部材１８の、プリント基板１１に対向する面上に支持部材１８の上記開口を覆うように電極膜１５が設けられている。この電極膜１５は、支持部材１８の上記開口の周辺に設けられた絶縁膜１４を介して支持部材１８に支持されている。また、電極膜１５の電極１２と反対側の面上の領域であって、支持部材１８の上記開口と重なる領域には、反射膜１６（反射部）が設けられている。電極膜１５と、反射膜１６とが変形可能なメンブレン部を構成する。

複数の電極１２は電圧制御回路２０に接続され、電極膜１５は接地されている。電圧制御回路２０から複数の電極１２に電圧が印加されると、電極１２と電極膜１５との間に静電力が働き、電極膜１５が撓むことになる。したがって、電極１２および電極膜１５に電圧が印加されないときは、電極膜１５は、電極１２に対して一定の間隔を持って配置されている。

このように構成された本実施形態の可変形状ミラー装置においては、メンブレン部は反射膜１６を除けば、電極膜１５のみとなっている。そして、本実施形態においては、電極膜１６は後述するように、不純物が導入された導電性のシリコン膜からなっているため、メンブレン部を構成する電極膜１５に残留応力が発生するのを抑制することができる。また、メンブレン部は、支持部材１８とは絶縁膜１４を介して固定されているため、固定端での撓みは一様となる。これらのことにより、「発生力（荷重）−たわみ特性」のバラツキを改善することができる。

次に、本実施形態の可変形状ミラー装置の製造方法を、図２（ａ）乃至２（ｈ）を参照して説明する。まず、最初に、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ層１８、埋め込み絶縁膜１４、およびＳｉ層１５からなるＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウェハーを用意する。一般的に、ＳＯＩウェハーは、単結晶Ｓｉウェハーを用意し、熱酸化炉等によりウェハー面全体（表裏面共に）にＳｉＯ_２膜を生成する（膜厚は表裏共に同一）。その後、もう一枚の単結晶Ｓｉウェハーを、ＳｉＯ_２膜を介して接合し、接合後、接合した単結晶Ｓｉウェハーのどちらかを所望の厚さとなるまで研磨工程により薄くする。その後、接合面として用いなかったＳｉＯ_２膜を除去し、単結晶Ｓｉ層１５／ＳｉＯ_２膜１４／単結晶Ｓｉ層１８の三層構造によるＳＯＩウェハーを得る。なお、単結晶Ｓｉ層１５には高濃度の不純物が導入され、電極膜として用いられる。

次に、ＳＯＩウェハーの表面に、フォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光、現像を行うことにより、中央に開口を有するレジストパターン２００を形成する（図２（ｂ）参照）。その後、ＳＯＩウェハーの裏面に、フォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光、現像を行うことにより、周辺部のフォトレジストが除去され、上記開口よりも大きなサイズのフォトレジストが中央部に残存するレジストパターン２０２を形成する（図２（ｃ）参照）。なお、レジストパターン２００，２０２の作成は、上述したように表面と裏面では別々に行う方法もあるが、表面および裏面にまずフォトレジストを塗布し、ベークを行い、露光工程を表面および裏面と行って、現像工程は表裏一括して実施する手法もある。

次に、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン２０２をマスクとして、裏面側の単結晶Ｓｉ層１５をエッチング加工する。エッチャントとしては、ＴＭＡＨ(水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)やＫＯＨを用いたウエットエッチング加工技術を用いる。この際、ドライエッチング加工技術により単結晶Ｓｉ層１５を加工しても良い。加工方法により、裏面のみでなく、表面の単結晶Ｓｉ層１８も加工されるが、次工程にてその影響を除去するプロセスとなっている。

次に、裏面の単結晶Ｓｉ層１５のエッチング後、ＳＯＩウェハーの表面より単結晶Ｓｉ層１８をＤｅｅｐ−ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を用いたドライエッチング加工により加工を行う（図２（ｅ））。単結晶Ｓｉ層１８のエッチング工程は、メンブレン部でのＳｉＯ_２膜１４をエッチストップとして進行する。上記Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ加工後、稀釈弗酸もしくはフッ化アンモン等に浸し、メンブレン部と単結晶Ｓｉ部の接続領域を除き、ＳｉＯ_２膜１４を除去する（図２（ｆ））。その後、レジストを剥離する（図２（ｇ））。

これまでの工程により、メンブレン部と単結晶Ｓｉ層１８との接続部を除き、ＳｉＯ_２膜１４を除去した可変形状ミラー構造を実現出来る。その後、光学的な反射特性を得るために、図２（ｈ）に示すように、メンブレン部の反射面側に金属薄膜（例えばＡｌ膜）１６を製膜（蒸着工程等にて）し、最後に傷・汚れ等への対策を担う保護膜として図示しないＳｉＯ_２薄膜（蒸着工程等にて）を製膜し、可変形状ミラーを完成させる。なお、この製造方法においては、単結晶Ｓｉ層１８の表面上にも金属薄膜１６が形成されているが、形成されないようにしてもよい。

なお、プリント基板１１は、可変形状ミラー装置の電極基板１１として使用するためには、金属プレートの面にならって表面の平面度を数μｍ程度に平滑化することが必要である。プリント基板を可変形状ミラーの電極基板１１として使用すれば、比較的安価な製造することができる。また、電極基板１１に多層プリント基板を利用することで、電極に印加する駆動電圧の高電圧化や、電極数の増加による木目細かなメンブレン形状制御に対応ができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による可変形状ミラー装置を図３（ａ）、３（ｂ）に示す。図３（ａ）は本実施形態の可変形状ミラー装置の平面図、図３（ｂ）は本実施形態の可変形状ミラー装置の断面図である。

本実施形態の可変形状ミラー装置１０は、図１に示す第１実施形態の可変形状ミラー装置において、スペーサ１３と支持部材１８との間に例えばＳｉＯ_２からなる絶縁膜１７を設けた構成となっている。この絶縁膜１７の膜厚は絶縁膜１４と同じ膜厚であることが好ましい。この場合は、図２（ｃ）乃至図２（ｆ）に示すレジストパターン２０２の形状を変えるだけで、第１実施形態の可変形状ミラー装置と同じ製造工程数で製造することができる。

本実施形態の可変形状ミラー装置も第１実施形態と同様に、「発生力（荷重）−たわみ特性」のバラツキを改善することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による眼底観察装置を説明する。

本実施形態の眼底観察装置は第１または第２実施形態の可変形状ミラー装置１０を備えており、その概略構成を図４に示す。本実施形態の眼底観察装置１は、波面補正系８と、眼底照明系２と、眼底観察系３と、アライメント系４と、固視系５と、補償光学部７０と、を備える。波面補正系８は、点像投影光学系８１、点像受光光学系８２、点像受光部８３（ＣＣＤ）を備える波面測定系８０と、コンピュータ８４と、制御部８５を有する。コン
ピュータ８４は、光学特性測定部８４１と、画像データ形成部８４２と、補償量決定部８４３と、メモリ８４４と、表示部８４５とを備える。

眼底照明系２は、第２光源部、集光レンズ、およびビームスプリッタを備え、第２光源部からの第２光束で被検眼網膜上の所定領域を照明するためのものである。眼底観察系３は、眼底画像形成用光学系３６と眼底画像受光部３８（ＣＣＤ）とを備える。眼底画像形成用光学系３６は、例えばアフォーカルレンズ８８、補償光学部７０、集光レンズ、ビームスプリッタを備え、眼底６１で反射した光を、補償光学部７０を介して眼底画像受光部３８に導く。補償光学部７０は、測定光の収差を補償する可変形状ミラー装置１０、光軸方向に移動して球面成分を補正する移動プリズムや球面レンズを有している。補償光学部７０は、点像投影光学系８１と眼底画像形成用光学系３６中に配置され、例えば被検眼６０から反射して戻ってくる反射光束の収差を補償する。

アライメント系４は、集光レンズ、アライメント受光部を備え、光源部から発せられて被検眼６０の角膜６２から反射して戻ってくる光束をアライメント受光部に導く。固視系５は、例えば被検眼６０の固視や雲霧をさせる為の視標を投影する光路を含むものであって、第３光源部５１、固視標５２、リレーレンズを備える。第３光源部５１からの光束で固視標５２を眼底６１に照射することができ、被検眼６０にその像を観察させる。

光学特性測定部８４１は、点像受光部８３からの出力に基づき、被検眼６０の高次収差を含む光学特性を求める。画像データ形成部８４２は、光学特性に基づき視標の見え具合のシミュレーションを行ない、シミュレーション画像データ又は見え具合を示すＭＴＦ等の被検眼データを算出する。メモリ８４４は、可変形状ミラー１０を調整するための複数の電圧変化テンプレートを記憶している。補償量決定部８４３は、メモリ８４４に記憶されている電圧変化テンプレートを選択して、選択した電圧変化テンプレートに基づき、可変形状ミラー１０の補正量を決定して、補正量を制御部８５に出力する。制御部８５は、補償量決定部８４３からの出力に基づいて可変形状ミラー装置１０を変形させる。

本実施形態の眼底観察装置によれば、以下の効果がある。即ち、被検眼６０の眼底からの反射光は、眼光学系が不完全であるため収差を含み、鮮明な眼底像は得られない。そこで、現在の眼底カメラにおいて、シリンダー成分（Zernike（２．±２）成分）は補正用シリンダーレンズを光路に入れて補正しているが、シリンダーレンズの屈折度数間隔もある一定間隔｛例えば３Ｄ（ディオプター）間隔｝と制限があり、充分に収差補正された鮮明な眼底像を得ることができない。そこで、この光学的ひずみを可変形状ミラー装置１０で補正することができる。メンブレン部と電極間距離を大きくとり、可変形状ミラー装置１０を高い駆動電圧で駆動すると、シリンダーレンズの屈折度数間隔をカバーできるような大きな収差量が補正できる。また、メンブレン部下の電極数を多くすることで、複雑な収差を補正することができる。

本発明の第１実施形態による可変形状ミラー装置を示す図。 第１実施形態による可変形状ミラー装置の製造工程を示す断面図。 本発明の第２実施形態による可変形状ミラー装置を示す図。 本発明の第３実施形態による眼底観察装置の概略の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 眼底観察装置
１０ 可変形状ミラー装置
１１ プリント基板
１２ 電極
１３ スペーサ
１４ 絶縁膜
１５ 電極膜
１６ 反射膜
１７ 絶縁膜
１８ 支持部材
２０ 電圧制御回路

Claims (6)

1. 基板と、この基板上に設けられた複数の電極と、前記基板上に配置されたスペーサと、このスペーサ上に配置され、前記基板に対向する側の面から前記基板に対向する側の面と反対側の面に貫通する開口を有する支持部材と、この支持部材の前記基板に対向する側の面の、前記開口の周辺に設けられた第１絶縁膜と、前記複数の電極に対向するように間隔を持って配置されるとともに前記開口を覆うように形成され前記第１絶縁膜を介して前記支持部材に支持される変形可能な電極膜とを備え、前記電極膜は、前記複数の電極と反対側の面に反射部を有することを特徴とする可変形状ミラー装置。
2. 前記スペーサと前記支持部材との間に第２絶縁膜が設けられ、前記支持部材は前記第２絶縁膜を介して前記スペーサ上に固定配置されることを特徴とする請求項１記載の可変形状のミラー装置。
3. 前記第２絶縁膜と前記第１絶縁膜は同じ膜厚を有していることを特徴とする請求項２記載の可変形状ミラー装置。
4. 前記支持部材はシリコンからなっており、前記第１絶縁膜はシリコン酸化物からなっており、前記電極膜は不純物が導入されたシリコン膜からなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可変形状ミラー装置。
5. 前記基板はプリント基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の可変形状ミラー装置。
6. 被検眼の眼底を観察するための照明光を前記眼底に照射する眼底照明系と、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の可変形状ミラー装置を有し、与えられた補正量に従って前記可変形状ミラー装置の形状を変化させることにより前記眼底照明系の照明光による前記眼底から反射像を補正する補償光学部と、
   前記補償光学部によって補正された前記眼底の像を受光し、眼底画像を形成する眼底画像形成用光学系と、
   前記眼底画像形成光学系で形成された前記眼底画像を受光する眼底画像受光部と、
   を備えたことを特徴とする眼底観察装置。

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