JP2008506989A

JP2008506989A - 可変焦点距離レンズ、および個々に制御されるマイクロミラーを備えたレンズアレイ

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Publication number: JP2008506989A
Application number: JP2007521498A
Authority: JP
Inventors: イルチョ，キョン; ウーギム，ドン; ヒョンキム，テ; スーソ，チョン
Original assignee: ステレオディスプレイ，インコーポレイテッド; アングストローム，インコーポレイテッド
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2008-03-06
Also published as: IL180719A0; KR20070035089A; TW200619674A; MX2007000630A; EP1774390A2; BRPI0513404A; WO2006019571A3; TWI290236B; WO2006019571B1; CA2574063A1; US7239438B2; US20070217043A1; US7411718B2; US20060012852A1; CN101023386A; WO2006019571A2

Abstract

個々に制御されるマイクロミラーアレイレンズ（ＤＣＭＡＬ）は、複数の個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）と駆動部分とから構成される。上記駆動部分は、静電気的に、上記ＤＣＭの位置を制御する。上記ＤＣＭＡＬの光学効率は、ＤＣＭを支持する機械的構造と上記駆動部分とを上記ＤＣＭの下に配置して、有効反射領域を増加させることにより、改善される。公知のマイクロエレクトロニクス技術は、電極パッドおよびワイヤによる有効反射領域の損失を取り除くことができる。上記レンズは、ＤＣＭを独立に制御することにより、収差を補正することができる。各ＤＣＭの独立制御は、公知のマイクロエレクトロニクス技術によって達成できる。ＤＣＭアレイは、任意の形状および／またはサイズのレンズを形成することができる、または、任意の形状および／またはサイズのレンズを備えたレンズアレイを形成することができる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、個々に制御されるマイクロミラー（discretely Controlled micromirror：ＤＣＭ）アレイから成る可変焦点距離レンズと、上記ＤＣＭアレイを制御するための操作方法とに関する。

広く使用されている従来の可変焦点距離システムは、２つの屈折レンズを用いるものである。上記可変焦点距離システムは、上記屈折レンズの相対位置を制御するために複雑な駆動メカニズムを有している上、応答時間が遅い。これに対し、可変焦点距離レンズは、人の目で行われるように、レンズの形状を変化させることによって構成される。この方法は、等方性の液体によるレンズ製作に用いられている。他のレンズは、従来のレンズまたは電圧の変化（voltage gradient）によるグラジエントインデックスレンズを作り出すために、電気的に屈折率が変化する媒体によって作られている。電気的に屈折率が変化するものは、レンズの焦点距離が電圧によって制御可能である。これらのうち、最も発展している可変焦点距離レンズは、液晶可変焦点距離レンズであるが、当該液晶可変焦点距離レンズは、焦点距離制御に複雑なメカニズムを要する。焦点距離は、屈折率の調節によって変更される。また、上記液晶可変焦点距離レンズは、応答時間が遅く、およそ１００／１０００秒である。最も応答の速い液晶可変焦点距離レンズでさえ、１０／１０００秒である。さらに、焦点距離の可変度が小さく、焦点調節効率が低い。

要するに、可変焦点距離レンズは、応答時間が遅く、焦点距離の可変度が小さく、焦点調節効率が低く、同時位相制御が適応できない。

このような従来の焦点距離レンズの問題点を解決するため、マイクロミラーアレイレンズが提案されている。上記応答の速いマイクロミラーアレイレンズの詳細は、”Fast-response Variable Focusing Micromirror Array Lens” Proceeding of SPIE Vol.5055 278-286, J.Boyd and G.Cho,2003に開示されている。上記マイクロミラーアレイレンズは、主に、マイクロミラーアレイと駆動部分とで構成され、レンズの焦点距離を制御するために静電力が用いられている。上記マイクロミラーアレイレンズの焦点距離は、各マイクロミラーの変位（displacement）によって変化する。上記マイクロミラーアレイレンズの実施は、上記マイクロミラーの変位範囲、高い駆動電圧、および複雑な電気回路によって制限される。この問題は、上記マイクロミラーの変位を制御するための静電力と弾性力との間の平衡を確立することによるものである。

この問題を解決するために、個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）が考案された。上記ＤＣＭの詳細は、米国特許出願Ｎｏ．１０／８７２，２４１”Discretely Controlled Micromirror With Multi-Level Positions,”（２００４年６月１８日出願）に開示されている。この文献の開示内容は、本明細書での説明を完全とするように参照される。上記ＤＣＭは、大きな変位範囲を有し、駆動電圧が低く、超小型電子回路と適合する（compatible）。また、可変的に支持され、個々に制御されるマイクロミラー（variably supported discretely Controlled micromirror：ＶＳＤＣＭ）と電極が分割された（セグメント化された）、個々に制御されるマイクロミラー（segmented electrode discretely controlled micromirror：ＳＥＤＣＭ）との２つのＤＣＭが考案された。上記ＶＳＤＣＭの変位は、ＤＣＭがそれによって動くことが可能な各種の幅の間隙を設けるための支持物によって決定される。上記ＳＥＤＣＭの変位は、サイズ、位置、および分割された電極の離散的な電圧（discrete voltages）によって決定される。

本発明は、個々に制御されるマイクロミラーアレイレンズ（discretely Controlled micromirror array lens：ＤＣＭＡＬ）と、従来のマイクロミラーアレイレンズの問題点を解決するＤＣＭから成るＤＣＭＡＬアレイとを提供する。

本発明は、従来のマイクロミラーアレイレンズの問題点を解決するためになされたものである。

本発明は、焦点距離の可変度が大きい、個々に制御されるマイクロミラーアレイレンズ（ＤＣＭＡＬ）を提供することを目的とする。

また、本発明は、公知のＩＣ回路の動作および／またはＩＣ回路の制御電圧に適合する低い駆動電圧のＤＣＭＡＬを提供することをさらなる目的とする。

従来の静電マイクロミラーは、電気力が弾性力を超える場合、不安定な現象を生じる。この現象は、平行移動および回転の有効範囲を低減する。高い駆動電圧もまた、従来の静電マイクロミラーの実施において、問題となる。通常５Ｖで動作するＩＣ部品に適合するために、また、故障を防ぐために、駆動電圧の最大値は、できる限り低い値がよい。不正確なミラー変位も、従来の静電マイクロミラーの重大な問題となる。従って、”Fast-response Variable Focusing Micromirror Array Lens” Proceeding of SPIE Vol.5055 278-286, J.Boyd and G.Cho,2003に開示されている従来のマイクロミラーアレイレンズは、焦点距離の可変度が小さく、駆動電圧が高く、超小型電子回路と適合しない（compatible）、といった問題点を有している。この問題は、マイクロミラーの変位を制御するための静電力と弾性力との間の平衡を用いることによるものである。この問題を解決するために、個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）が考案されている。上記ＤＣＭの詳細は、米国特許出願Ｎｏ．１０／８７２，２４１”Discretely Controlled Micromirror With Multi-Level Positions,”（２００４年６月１８日出願）に開示されている。この文献の開示内容は、本明細書での説明を完全とするように参照される。また、可変的に支持され、個々に制御されるマイクロミラー（ＶＳＤＣＭ）と電極が分割された（セグメント化された）、個々に制御されるマイクロミラー（ＳＥＤＣＭ）との２つのＤＣＭが考案された。上記ＶＳＤＣＭは、マイクロミラーと、当該マイクロミラーが載せられる複数の可変の支持物とを備えている。上記可変の支持物は、上記マイクロミラーの下に配置される。

可変の支持物のそれぞれは、マイクロミラーの位置を制御するために、その高さが変化するように制御される。上記ＳＥＤＣＭは、マイクロミラーと複数の分割された電極とを有している。分割された電極は、マイクロミラーの位置を決定する。分割された電極に印加される電圧は、デジタルおよび／または離散的（discrete）である。上記ＶＳＤＣＭの変位は、ＤＣＭがそれによって動くことが可能な各種の幅の間隙を設けるための支持物によって決定される。上記ＶＳＤＣＭは、大きな変位範囲を有し、駆動電圧が低く、さらに超小型電子回路と適合する。上記ＳＥＤＣＭの変位は、サイズ、位置、および分割された電極の離散的な電圧の組み合わせによって決定される。

以下の６つの米国特許出願は、マイクロミラーを有する可変焦点距離レンズと、マイクロミラーアレイレンズのアレイとを開示している。

米国特許出願Ｎｏ．１０／８５５，５５４”Variable Focal Length Lens Comprising Micromirrors with One Degree of Freedom Rotation.”（２００４年５月２７日出願）。米国特許出願Ｎｏ．１０／８５５，７１５”Variable Focal Length Lens Comprising Micromirrors with Two Degrees of Freedom Rotation.”（２００４年５月２７日出願）。米国特許出願Ｎｏ．１０／８５５，２８７”Variable Focal Length Lens Comprising Micromirrors with Two Degrees of Freedom Rotation and One Degree of Freedom Translation.”（２００４年５月２７日出願）。米国特許出願Ｎｏ．１０／８５５，７９６”Variable Focal Length Lens Comprising Micromirrors with One Degree of Freedom Rotation and One Degree of Freedom Translation.”（２００４年５月２８日出願）。米国特許出願Ｎｏ．１０／８５５，７１４”Array of Micromirror Array Lenses.”（２００４年５月２８日出願）。米国特許出願Ｎｏ．１０／８５７，２８０”Variable Focal Length Lens Comprising Micromirrors with One Degree of Freedom Translation.”（２００４年５月２８日出願）。これらの文献の開示内容は、本明細書での説明を完全とするように参照される。

本発明は、従来のマイクロミラーアレイレンズの問題点を解決するＤＣＭから成る、個々に制御されるマイクロミラーアレイレンズ（ＤＣＭＡＬ）を提供する。上記ＤＣＭＡＬは、従来のマイクロミラーアレイレンズと類似しているが、従来の静電マイクロミラーに代えて、ＤＣＭから成るレンズまたはレンズアレイであるところが異なっている。

各ＤＣＭは、鏡と同一の機能を有している。従って、上記ＤＣＭの反射面は、金属、金属化合物、多層誘電体、または高い反射率を有する他の物質によって形成されている。公知のマイクロ製造処理によって、上記表面に高い反射率をもたせることができる。対象（物体）の１つのポイントから散光された全ての光が、同じ周期的な位相を有するようにすることにより、また、画面の１つのポイントに収束するようにすることにより、上記ＤＣＭアレイが反射レンズとして機能する。上記レンズの焦点距離は、各ＤＣＭの回転の制御と、平行移動の制御と、回転および平行移動の制御とによって変更される。回転の制御のみを行うように形成された上記ＤＣＭＡＬは、平行移動による位相の制御が行われないため、回転と平行移動との両方を行うレンズと比較して、比較的大きい収差を生じる。平行移動の制御のみを行うように形成された上記ＤＣＭＡＬもまた、比較的大きい収差を生じる。平行移動の制御のみを行う上記ＤＣＭＡＬでは、上記ＤＣＭのサイズが小さければ、収差が減少する。平行移動の制御のみを行うように形成された、あるいは、回転の制御のみを行うように形成された上記レンズの質は、両方の制御を行うように形成された上記レンズと比較して低下してしまうが、構造および制御の面では非常に簡素になるため、レンズとしては有効である。

上記ＤＣＭＡＬは、上記ＤＣＭの極性アレイ（a polar array）によって形成することができる。上記極性アレイにおいて、各ＤＣＭは、有効反射領域を増加させるために、扇形形状であり、これにより光学効率を増加させる。上記ＤＣＭＡＬの光学効率は、上記マイクロミラーを支持する機械的構造と上記駆動部分とを上記マイクロミラーの下に配置して、有効反射領域を増加させることにより、改善させることができる。上記ＤＣＭを操作するための電気回路は、マイクロエレクトロニクスの分野で広く用いられている、公知のＭＯＳおよびＣＭＯＳ技術によって構成することができる。上記マイクロミラーアレイの下に超小型電子回路を適用し、電極パッドおよびワイヤに要する領域を除去することにより、有効反射領域を増加させることができる。上記ＤＣＭＡＬの収差は、湾曲した表面を有する上記ＤＣＭを用いることによって低減することができる。

上記ＤＣＭは、軸対称レンズを形成するために、１つまたは複数の同心円を形成するように配置されており、同じ同心円上のＤＣＭは、同心円形状の同じ電極によって制御される、あるいはＭＯＳまたはＣＭＯＳなどの公知のマイクロエレクトロニクス技術による独立した回路が必要な電気回路を構成することによって、独立に制御される。

従来の反射レンズが理想的には湾曲しているため、各マイクロミラーは、湾曲していることが好ましい。もし、平らな（flat）マイクロミラーのサイズが小さければ、平らなマイクロミラーを備えるレンズの収差は小さくなる。この場合、上記マイクロミラーが湾曲している必要はない。

上記レンズは、対象とその像との間の媒体による光学効果に起因する、または、近軸の像のルールから外れた像を生じるなどのレンズシステムの欠点に起因する収差を、各ＤＣＭを独立に制御することによって補正できる。各ＤＣＭの独立した制御は、公知のマイクロエレクトロニクス技術による制御が必要な電気回路を構成することによって達成でき、上記回路は、公知のマイクロ製造方法によって、上記マイクロミラーの下に製造される。

２つの自由回転と１つの自由平行移動とを伴う、独立に制御されるＤＣＭを備える上記アレイは、任意の形状および／またはサイズのレンズを形成することを可能にする、あるいは、任意の形状および／またはサイズのレンズを備えるレンズアレイを形成することを可能にする。従って、入射光は、レンズの形状および／またはサイズを任意に形成することにより、あるいは任意の形状および／またはサイズのレンズを備えるレンズアレイを形成することにより、任意に調整される。このためには、入射光が、２つの自由回転と１つの自由平行移動とにより、任意の方向に屈折する必要がある。また、各ＤＣＭの独立した平行移動は、位相条件を満たすために必要である。

本発明の有利な点は、（１）上記ＤＣＭＡＬが焦点距離を大きく可変できること、（２）駆動電圧が低いこと、（３）上記ＤＣＭＡＬの応答時間が極めて短いこと、（４）上記ＤＣＭＡＬが高い光学焦点調節効率を有していること、（５）上記ＤＣＭＡＬが光学性能を損なうことなく大きいサイズの口径を有していること、（６）上記ＤＣＭＡＬが低コストであること、（７）上記レンズが収差を補正できること、（８）上記ＤＣＭＡＬが非常に簡素に焦点調節システムを達成すること、（９）上記ＤＣＭＡＬは任意の形状および／またはサイズを有することができること、である。上記（１）は、上記ＤＣＭの最大回転角度を大きくすることにより、大きく口径（aperture）を可変できるためである。上記（２）により、上記ＤＣＭＡＬは、公知のＩＣ回路の動作および半導体マイクロエレクトロニクス技術に適合する。上記（３）は、各ＤＣＭが極めて小さい質量を有しているためである。上記（５）は、上記ＤＣＭＡＬが、それぞれ分離したマイクロミラーによって構成され、ＤＣＭＡＬのサイズが増大しても、レンズの形状誤差によって生じる収差の増大が生じないためである。上記（６）により、大量生産に有利である。

ここでは、本発明について簡単に要約したが、後述の記載、図面、および請求項を参照することによって、本発明を完全に理解することができるだろう。

本発明の特徴および有利な点は、以下の図面を参照することで、より理解できるだろう。

図１は、可変の支持物を備える、個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）を示す概略図である。

図２は、分割された電極を用いた上記ＤＣＭを示す概略図である。

図３は、個々に制御されるマイクロミラーアレイレンズ（ＤＣＭＡＬ）の側面の断面を示す概略図である。

図４は、個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）アレイから成るＤＣＭＡＬの構造の一例を示す平面概略図である。

図５は、上記ＤＣＭＡＬがレンズとしてどのように動作するかを示す概念図である。

図６は、平行移動のみを行うＤＣＭＡＬの側面の断面を示す概略図である。

図７は、上記ＤＣＭの２つの回転軸と１つの平行移動軸とを示す概略図である。

図８は、六角形のＤＣＭを有する円筒型のＤＣＭＡＬを示す概略図である。

図９は、六角形のＤＣＭを有する円形のＤＣＭＡＬを示す概略図である。

図１０は、長方形のＤＣＭを有する円筒型のＤＣＭＡＬを示す概略図である。

図１１は、三角形のＤＣＭを有する円形のＤＣＭＡＬを示す概略図である。

図１２は、六角形のＤＣＭを有するＤＣＭＡＬのアレイを示す概略図である。

図１３は、三角形のＤＣＭを有するＤＣＭＡＬのアレイを示す概略図である。

図１は、可変の支持物１を備える上記ＤＣＭの概念を示している。上記ＶＳＤＣＭは、マイクロミラーがそれによって動くことが可能な各種の幅の間隙を設けるために、支持物１を使用している。支持物１は、マイクロミラー２の下に位置している。上記ＶＳＤＣＭの平行移動および回転は、間隙の組み合わせによって決定される、すなわち、マイクロミラー５がその上に載せられる可変の支持物３，４によって決定される。可変の支持物によって決定される間隙は、制御され、マイクロミラーは、引力６によって制御される支持物３，４上に載っている。従って、支持物３，４によって与えられる間隙の組み合わせによって、マイクロミラー２の平行移動および回転が決定される。支持物３，４による間隙のバリエーションは、支持物３，４の双安定の動きによって決定され、この動きは、デジタル電圧によって制御される。マイクロミラー５の位置は、引力がなくなったときに、固定バネ７の力によってその初期位置に戻される。

図２は、分割された電極１０を用いたＤＣＭの他のタイプを示している。上記ＳＥＤＣＭは、制御回路において、公知のマイクロエレクトロニクス技術に適合するという点を除いて、従来の静電マイクロミラーと同様な問題を有している。マイクロミラー１１は、異なる領域、位置、および離散的な電圧による分割された電極１０の適切な力の組み合わせによって、所望の３つの自由度（degree of freedom）を有している。

図３は、ＤＣＭＡＬ２１の原則（principle）を示している。完璧なレンズを作るためには、２つの条件がある。まず第１に、対象の１つのポイントに散光している全ての光が、画面の１つのポイントに収束する収束条件である。次に第２に、全ての収束光が上記画面において同位相である同位相条件である。完璧なレンズのための条件を満たすために、従来の反射レンズ２２の表面形状は、対象の１つのポイントによって散光している全ての光が上記画面の１つのポイントに収束されるように、また、全ての収束光の光路長が同一となるように形成されている。

平面状に配置されているＤＣＭアレイは、レンズとしての２つの条件を満たしている。各ＤＣＭ２３は、散乱光を収束するように回転する。なぜなら、ＤＣＭＡＬ２１の全てのＤＣＭ２３が、図３に示すように、平面状に配置されているからである。ＤＣＭの回転によって収束された光の光路長は、異なる。しかしながら、光の位相が周期的であるから、位相を調整することにより、上記同位相条件を満たすことができる。

図４は、複数のＤＣＭ３２を備えたＤＣＭＡＬ３１の平面図を示している。ＤＣＭ３２は、鏡と同一の機能を有している。従って、ＤＣＭ３２の反射面は、金属、金属化合物、多層誘電体、または高い反射率を有する他の物質によって形成されている。公知のマイクロ製造処理は、上記表面に高い反射率をもたせることができる。各ＤＣＭ３２は、静電気的に、駆動部分３３によって制御される。軸対称レンズの場合、ＤＣＭＡＬ３１は、ＤＣＭ３２の極性アレイ（a polar array）を有することが好ましい。各ＤＣＭ３２の形状は、有効反射領域を増加させる、すなわち光学効率を増加させるために、扇形である。ＤＣＭは、軸対称レンズを形成するように、１つまたは複数の同心円を形成するように配置されており、同じ同心円のＤＣＭは、同心円形状の同じ電極によって制御される。

それぞれの反射するマイクロミラー３２を支持する機械的構造と駆動部分３３とは、有効反射領域を増加させるために、マイクロミラー３２の下に配置される。また、マイクロミラーを操作するための電気回路は、ＭＯＳまたはＣＭＯＳなどの公知のマイクロエレクトロニクス技術によって構成することができる。マイクロミラーアレイの下に上記回路を形成することで、動作電圧を供給するための電極パッドおよびワイヤに要する領域を除去することにより、有効反射領域を増加させることができる。

図５は、複数のＤＣＭ４１を備えるＤＣＭＡＬ４１がどのようにして像を結ぶかを示している。任意の散乱光４２，４３は、ＤＣＭ４４の位置を制御することにより、画面の１つのポイントＰに収束する。任意光４２，４３の各位相は、ＤＣＭ４４を平行に移動させることによりそれぞれ同一となるように調整される。必要な平行移動による変位は、少なくとも光の波長の１／２である。

従来の反射レンズ２２が理想的には湾曲しているため、各ＤＣＭ４４は、湾曲していることが好ましい。もし、ＤＣＭのサイズが十分に小さければ、平らなＤＣＭ４４から成るレンズの収差は十分に小さくなる。この場合、上記ＤＣＭが湾曲および平らである必要はない。

ＤＣＭＡＬ４１の焦点距離ｆは、各ＤＣＭ４４の回転および／または平行移動によって変更される。ＤＣＭＡＬ４１は、たとえ相対的に収差が大きくなったとしても、平行移動の制御を行うことなく、回転の制御のみを行うように構成することもできる。この場合、上記レンズ４１の画質は、上記収差によって低下する。

図６は、複数のＤＣＭ５０を備え、ＤＣＭ５０の回転を行わず平行移動のみを行うＤＣＭＡＬ５１を示している。平行移動の場合だけでも、フレネルの回折理論による２つの結像条件を満たすことができる。平行移動の制御のみを行うように形成されたレンズ５１は、収差を生じる。ＤＣＭ５０のサイズが小さければ、収差は低減される。平行移動のみを行う、あるいは、回転のみを行うレンズ５１は、質は低いが、回転と平行移動とを両方行うレンズと比較して構造および制御が非常に簡素になるため、レンズとして有効である。

図７は、ＤＣＭの２つの自由回転および自由平行移動を示している。２つの自由回転６０，６１、あるいは２つの自由回転６０，６１および１つの自由平行移動６２を行うＤＣＭから成るアレイは、任意の形状および／またはサイズのレンズを作ることを可能にする、あるいは、任意の形状および／またはサイズのレンズから成るレンズアレイを作ることを可能にする。２つの自由回転４２，４３と１つの自由平行移動４４とは、独立に制御される。入射光は、任意の形状および／またはサイズのレンズを形成することにより、あるいは、任意の形状および／またはサイズのレンズを備えるレンズアレイを形成することにより、任意に調整することができる。このために、入射光を、自由回転６０，６１により、任意の方向にそらす必要がある。各ＤＣＭの独立した平行移動６２は、位相条件を満足するために必要である。

図８〜図１３では、マイクロミラーの回転量を矢印７２，８３，９３，１０３，１１２，１２２の長さによってそれぞれ示すとともに、マイクロミラーの回転方向を矢印７２，８３，９３，１０３，１１２，１２２の方向によってそれぞれ示している。図８は、六角形形状のマイクロミラー７１を備える可変焦点距離円筒型ＤＣＭＡＬを示している。図９は、六角形のマイクロミラー７１を備える可変焦点距離円形ＤＣＭＡＬ８１を示している。可変焦点距離円形レンズ８１の形状、位置、およびサイズは、２つの回転および１つの平行移動を行うマイクロミラー７１の独立した制御によって変更できる。図８および図９では、六角形のマイクロミラー７１を示しているが、扇形、長方形、正方形、および三角形のマイクロミラーアレイを使用してもよい。扇形のマイクロミラーを備えるアレイは、図４に示すような軸対称レンズに適している。図１０は、長方形のマイクロミラー９２を備える可変焦点距離円筒型ＤＣＭＡＬ９１を示している。正方形のマイクロミラーまたは長方形のマイクロミラー９２を備えるアレイは、円筒型ＤＣＭＡＬ９１のような１つの面内の軸に対して対称な対称レンズに適している。図１１は、三角形のマイクロミラー１０２を備える可変焦点距離円形レンズ１０１を示している。三角形のマイクロミラー１０２を備えるアレイは、六角形のマイクロミラーを備えるアレイのように、任意の形状および／またはサイズのレンズに適している。

図１２は、六角形のマイクロミラー７１を備える可変焦点距離ＤＣＭＡＬ１１１のアレイを示している。図１３は、三角形のマイクロミラー１０２を備える可変焦点距離ＤＡＭＡＬ１２１のアレイを示している。図９〜図１３におけるレンズの構成要素ではないマイクロミラー８２は、マイクロミラー８２によって反射された光が結像または焦点調節に影響を生じないように制御されている。

上記ＤＣＭＡＬは、マイクロミラーの回転６０，６１および／または平行移動６２を独立に制御することにより光の位相を変更できるため、適応性の高い光学部品である。適応性の高いＤＣＭＡＬであるためには、独立にアドレス可能なマイクロミラーの２次元アレイが必要である。これを達成するためには、において、マイクロミラーとオンチップエレクトロニクスとの組み合わせが必須である。このために、超小型電子回路を有するマイクロミラーのウェハレベルでの集積が必須である。

適応性の高い光学部品は、対象とその像との間の媒体による光の位相誤差、および／または近軸の像のルールから外れた像を生じるなどのレンズシステムの欠点を補正することができるため、上記ＤＣＭＡＬは位相誤差を補正することができる。例えば、上記ＤＣＭＡＬは、マイクロミラーの回転６０，６１および／または平行移動６２を調整することによる光学的な傾きに起因する位相誤差を補正することができる。

上記ＤＣＭＡＬによって満足される同位相条件には、単色光の想定も含まれる。従って、カラーの像を得るために、上記ＤＣＭＡＬは、赤色光、緑色光、および青色光（ＲＧＢ）の各波長に対して同位相条件をそれぞれ満たすように制御される。また、結像システムでは、赤色光、緑色光、および青色光（ＲＧＢ）の各波長と共に単色光を作るために、バンドパスフィルタを用いることができる。

上記ＤＣＭＡＬを用いる結像システムにおける結像センサとして、カラー光電子センサが用いられる場合、カラーの像は、バンドパスフィルタを有する、またはバンドパスフィルタを有さない赤色光、緑色光、および青色光（ＲＧＢ）結像センサからの電気信号を処理することによって得られる。この処理は、ＤＣＭＡＬの制御と同期化されるべきである。対象からの赤色光を結像するために、上記ＤＣＭＡＬは、赤色光の位相条件を満足するように制御される。操作中、赤色光、緑色光、および青色光結像センサは、それぞれ、対象からの赤色光、緑色光、および青色光の強度を測定する。これらのうち、赤色光を正確に結像するために、赤色光の強度のみを像データとして記憶する。緑色光または青色光を結像するために、上記ＤＣＭＡＬおよび各結像センサは、上述した赤色光の場合の処理と同様な処理を行う。従って、上記ＤＣＭＡＬは、赤色光、緑色光、および青色光結像センサと同期化される。一方、カラーの像を得るための同位相条件は、位相条件に有効な波長である、赤色光、緑色光、および青色光の波長の少なくとも共通の波長複合を用いることによって満足される。この場合、上記ＤＣＭＡＬを、赤色光、緑色光、および青色光の位相条件を独立に満足するように制御する必要はなく、上記少なくとも共通の波長複合の位相条件が満足されていればよい。

簡素な制御のために、各マイクロミラーの平行移動は、赤色光、緑色光、および青色光のうち、１つの光の位相条件を満足するようにだけ制御される、あるいは全く行われない。全ての波長の位相条件を満足するように制御されない上記ＤＣＭＡＬでも、低い質の可変焦点距離レンズとして用いることができる。

本発明について、異なる実施形態を参照して説明したが、請求項によって定義された本発明の精神および目的から逸脱しない範囲での形式、細部、構成、および操作の変更が可能であることは、当業者によって十分に理解されているであろう。

可変の支持物を備える、個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）を示す概略図である。分割された電極を用いた上記ＤＣＭを示す概略図である。個々に制御されるマイクロミラーアレイレンズ（ＤＣＭＡＬ）の側面の断面を示す概略図である。個々に制御されるマイクロミラー（ＤＣＭ）アレイから成るＤＣＭＡＬの構造の一例を示す平面概略図である。上記ＤＣＭＡＬがレンズとしてどのように動作するかを示す概念図である。平行移動のみを行うＤＣＭＡＬの側面の断面を示す概略図である。上記ＤＣＭの２つの回転軸と１つの平行移動軸とを示す概略図である。六角形のＤＣＭを有する円筒型のＤＣＭＡＬを示す概略図である。六角形のＤＣＭを有する円形のＤＣＭＡＬを示す概略図である。長方形のＤＣＭを有する円筒型のＤＣＭＡＬを示す概略図である。三角形のＤＣＭを有する円形のＤＣＭＡＬを示す概略図である。六角形のＤＣＭを有するＤＣＭＡＬのアレイを示す概略図である。三角形のＤＣＭを有するＤＣＭＡＬのアレイを示す概略図である。

Claims

複数のVariably Supported Discretely Controlled Micromirrors（ＶＳＤＣＭｓ）を備え、
上記ＶＳＤＣＭは、
マイクロミラーと、
上記マイクロミラーが載せられる複数の可変の支持物とを有し、
上記可変の支持物は、上記マイクロミラーの位置を決定することを特徴とする可変焦点距離レンズ。
上記可変の支持物は、上記マイクロミラーの下に位置することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記可変の支持物のそれぞれは、上記マイクロミラーの位置を制御するために、その高さを変更するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
複数のSegmented ElectrodeDiscretely Controlled Micromirror（ＳＥＤＣＭ）を備え、
上記ＳＥＤＣＭは、
マイクロミラーと、
デジタル電圧、離散的な電圧、またはデジタル電圧および離散的な電圧が印加される複数の分割された電極とを有し、
上記分割された電極のサイズ、位置、またはサイズおよび位置は、上記マイクロミラーの位置を決定することを特徴とする可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭは、回転するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭは、平行移動を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭは、回転および平行移動を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの２つの自由回転度が、制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの２つの自由回転度と１つの平行移動度とが、制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記複数のＶＳＤＣＭｓは、独立に制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭは、静電力によって駆動されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記複数のＶＳＤＣＭｓは、レンズを形成するために、１つまたは複数の同心円を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
同じ同心円上の複数のＶＳＤＣＭｓは、同じ電極によって制御されることを特徴とする請求項１２に記載の可変焦点距離レンズ。
マイクロエレクトロニクス製造技術を用いて形成される制御回路は、上記マイクロミラーの下に設けられることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの反射面は、実質的に平らであることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの反射面は、湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの湾曲は、調整されることを特徴とする請求項１６に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの湾曲は、電熱力によって調整されることを特徴とする請求項１７に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの湾曲は、静電力によって調整されることを特徴とする請求項１７に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの形状が扇形であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの形状が六角形であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの形状が長方形であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの形状が正方形であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの形状が三角形であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、任意のサイズ、形状、またはサイズおよび形状であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
全ての上記ＶＳＤＣＭｓは、平面状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの表面材料は、高い反射率を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの表面材料は、金属であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの表面材料は、金属化合物であることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＶＳＤＣＭの表面は、多層誘電体で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記マイクロミラーを支持する機械的構造と駆動部分とは、上記マイクロミラーの下に配置されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、対象とその像との間の媒体による光の位相誤差を補償できることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、収差を補正できることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、近軸の像のルールから外れた像を生じるといった結像システムの欠点を補正できることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、カラーの像を得るために、赤色光、緑色光、および青色光の各波長において同位相条件をそれぞれ満たすように制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、カラーの像を得るために、赤色光、緑色光、および青色光の各波長のうち、１つの波長において同位相条件を満たすように制御されることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
カラー像を結像するための同位相条件は、位相条件に有効な波長である、赤色光、緑色光、および青色光の波長の少なくとも共通の波長複合を用いることにより満たされることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、光軸上に位置しない対象を巨視的な機械的動作なしで結像できることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点距離レンズ。
複数の可変焦点距離レンズを備え、
上記各可変焦点距離レンズは、複数のVariably Supported Discretely Controlled Micromirrors（ＶＳＤＣＭｓ）を備え、
上記ＶＳＤＣＭは、
マイクロミラーと、
上記マイクロミラーが載せられる複数の可変の支持物とを有し、
上記可変の支持物は、上記マイクロミラーの位置を決定することを特徴とするレンズアレイ。
各可変焦点距離は、独立した焦点距離変化量を有することを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記ＶＳＤＣＭは、回転するように制御されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記ＶＳＤＣＭは、平行移動を行うように制御されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記ＶＳＤＣＭは、回転および平行移動を行うように制御されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記ＶＳＤＣＭの２つの自由回転度が、制御されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記ＶＳＤＣＭの２つの自由回転度と１つの平行移動度とが、制御されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記複数のＶＳＤＣＭｓは、独立に制御されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記複数のＶＳＤＣＭｓは、静電力によって駆動されることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
マイクロエレクトロニクス製造技術を用いて形成される制御回路は、上記マイクロミラーの下に設けられることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、収差を補正できることを特徴とする請求項３９に記載のレンズアレイ。
各マイクロミラーは、デジタル電圧によって、互いに異なる変位を有することを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭは、回転するように制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭは、平行移動を行うように制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭは、回転および平行移動を行うように制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの２つの自由回転度は、制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの２つの自由回転度と１つの平行移動度とは、制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記複数のＳＥＤＣＭｓは、独立に制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭは、静電力によって駆動されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記複数のＳＥＤＣＭｓは、上記レンズを形成するために、１つまたは複数の同心円を形成するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
同じ同心円上の複数のＳＥＤＣＭｓは、同じ電極によって制御されることを特徴とする請求項５８に記載の可変焦点距離レンズ。
マイクロエレクトロニクス製造技術を用いて形成される制御回路は、上記マイクロミラーの下に設けられることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの反射面は、実質的に平らであることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの反射面は、湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの湾曲は、調整されることを特徴とする請求項６２に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの湾曲は、電熱力によって調整されることを特徴とする請求項６３に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの湾曲は、静電力によって調整されることを特徴とする請求項６３に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの形状が扇形であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの形状が六角形であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの形状が長方形であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの形状が正方形であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの形状が三角形であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、任意のサイズ、形状、またはサイズおよび形状であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
全ての上記ＳＥＤＣＭｓは、平面状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの表面材料は、高い反射率を有するものであることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの表面材料は、金属であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの表面材料は、金属化合物であることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記ＳＥＤＣＭの表面は、多層誘電体で覆われていることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記マイクロミラーを支持する機械的構造と駆動部分とは、上記マイクロミラーの下に配置されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、対象とその像との間の媒体による光の位相誤差を補償できることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、収差を補正できることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、近軸の像のルールから外れた像を生じるといった結像システムの欠点を補正できることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、カラーの像を得るために、赤色光、緑色光、および青色光の各波長において同位相条件をそれぞれ満たすように制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、カラーの像を得るために、赤色光、緑色光、および青色光の各波長のうち、１つの波長において同位相条件を満たすように制御されることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
カラー像を結像するための同位相条件は、位相条件に有効な波長である、赤色光、緑色光、および青色光の波長の少なくとも共通の波長複合を用いることにより満たされることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
上記レンズは、適応性の高い光学部品であり、光軸上に位置しない対象を巨視的な機械的動作なしで結像できることを特徴とする請求項４に記載の可変焦点距離レンズ。
複数の可変焦点距離レンズを備え、
上記各可変焦点距離レンズは、複数のSegmented Electrode Discretely Controlled Micromirror（ＳＥＤＣＭ）を備え、
上記ＳＥＤＣＭは、
マイクロミラーと、
デジタル電圧、離散的な電圧、またはデジタル電圧および離散的な電圧が印加される複数の分割された電極とを有し、
上記分割された電極のサイズ、位置、またはサイズおよび位置は、上記マイクロミラーの位置を決定することを特徴とするレンズアレイ。